Año 5 • No. 189 • agosto 22 de 2005 Xalapa • Veracruz • México
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Edgar Onofre

Orizaba, Ver.- Especialistas en medio ambiente de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Veracruzana (UV) desarrollaron una nueva tecnología para el tratamiento de aguas residuales que permite realizar este procedimiento 100 veces más rápido y eficaz que los procesos convencionales y, si así se requiere, contar con plantas de tratamiento 100 veces más pequeñas.

Para dar una idea de las ventajas de este procedimiento, los investigadores Eric Houbron y Elena Rustrián explicaron en términos de velocidad la eficacia de los tratamientos de agua: “la tecnología más simple (en que la naturaleza se encarga por sus propios medio de purificar el agua) funcionaría a velocidad de 0.1. Hace 30 años se desarrollaron tecnologías que podían ir a velocidad de 1, diez veces más rápido.

Actualmente en México y el mundo adoptamos tecnologías que pueden alcanzar velocidad de diez, mientras que el prototipo que trabajamos puede hacerlo a velocidad de 100: esto significa mil veces más rápido que al inicio del siglo o plantas mil veces más pequeñas”.

Estudios de este tipo se realizan de manera simultánea en el Laboratorio de Ingeniería Ambiental de la UV en Orizaba, en la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM-Iztapalapa) y en Narbonne, Francia, cada uno con distintos tipos de aguas residuales y distintas tecnologías (denominadas por los científicos como soporte).

Mientras que la UAM estudia el tratamiento de aguas residuales urbanas de baja intensidad con perlas de polietileno como soporte, en Francia realizan estudios con aguas mucho más concentradas, como las que provienen de la elaboración del vino, y un soporte denominado exandosferas, que no son sino perlas de vidrio que contienen en su interior una burbuja de aire.

Los expertos de la UV en Orizaba trabajaron tanto con las exandosferas como con las perlas de polietileno en aguas agroindustriales, como las que provienen de la fabricación de cerveza, para llegar a los niveles de eficiencia referidos y, además, durante el estudio encontraron que “si bien un proceso clásico elimina únicamente el carbono de las aguas residuales, demostramos que gracias a esta nueva tecnología podíamos hacer dos acciones en un mismo reactor: eliminar el carbono y el nitrógeno”.
Múltiples ventajas de la nueva tecnología
En materia de tratamiento de aguas residuales, “lo más simple es tener una fosa séptica o una laguna donde se tira el agua residual: con el tiempo, y a la vuelta de meses o años, el agua está purificada. Son los procesos de la naturaleza, pero son muy lentos y aleatorios. Con esta tecnología, pilotamos y aumentamos la velocidad de eficiencia y mejoramos el contacto entre las células y el gas generado por el proceso”.

Eric Houbron y Elena Rustrián.
Según explicaron Houbron y Rustrián, un sistema de tratamiento de agua se finca en dos principios: descontaminar el agua y después separar el agua tratada de las bacterias. “Entonces, un principio de tratamiento es mezclar agua contaminada con bacterias: las bacterias descontaminan el agua, son bacterias anaerobias (trabajan en ambientes libres de aire) y su trabajo es transformar la materia orgánica en biogás, metano y CO2. Gracias a una campana (un espacio vacío dentro del reactor donde se realiza el proceso de purificación) logramos captar el biogás, mientras se genera la sedimentación que separa las bacterias del agua”.
La diferencia entre realizar un procedimiento de forma aerobia o anaerobia, reside en que “los tratamientos aerobios, aunque son ligeramente más sencillos de manejar, lo único que hacen es trasformar lo que está inserto en el agua en otras células y al final sólo transformaste el problema, ya no lo tienes en el agua, sino tienes un montón de bacterias con las que no sabes qué hacer”, mientras que en el caso de los anaerobios las células que resultan al final del procedimiento se tratan de CO2 y metano.

Un sistema de tratamiento de agua se finca en dos principios: descontaminar el agua y después separar el agua tratada de las bacterias, como se muestra en el reactor a escala de la gráfica.
 “Un proceso anaerobio se trata de múltiples procesos bioquímicos enlatados (es decir, encerrados y libres de contacto con el ambiente) donde intervienen al menos siete grupos bacterianos diferentes, los cuales forman cadenas de bacterias que se alimentan de lo que produce la cadena bacteriana que la antecede y al final tienes como producto 30 por ciento de células (no aprovechables) o menos, y el resto lo tienes en mezclas de células de CO2 o metano que se pueden recuperar para combustión, calentar y puede generar energéticos y usarlo como tal. En este sistema se hace muy eficiente ese flujo de carbono y nitrógeno y permite que se generen cantidades fuertes de metano”.

El proceso representa un obstáculo: el reactor donde se realiza la purificación del agua es un tubo muy largo, una columna a la que hay que inyectarle aire constantemente para que el soporte (las exandosferas o las perlas de polietileno) se mantengan suspendidas en el agua residual.
No obstante, Houbron y Rustrián sortearon el problema al usarlo en condiciones anaerobias: “lo que haces es reinyectar el gas que se produce durante el proceso, éste produce burbujas y los gastos energéticos para operar el sistema se vienen abajo: es una doble ventaja. Nuestro interés final es mineralizar la materia orgánica: al inicio del procedimiento puedes tener en el agua grasas, proteínas, carbohidratos, pero al final vas a tener metano y CO2, el metano lo quemas y el CO2 se reintegra a la atmósfera. Esto también tiene una doble ventaja: el metano, que se dice es un enemigo de la capa de ozono y no se debe liberar en la atmósfera, al inyectarse de vuelta al reactor, nunca se libera”.

De aspecto parecido al de la arena de grano grueso y oscuro, las exandosferas son diminutas esferas de vidrio con una burbuja de aire dentro y permiten a las bacterias que intervienen en la purificación desarrollar mejor su tarea.
 Una ventaja adicional de la tecnología utilizada por los investigadores es la relativa al soporte usado durante el procedimiento de purificación. Las denominadas exandosferas son diminutas perlas de vidrio con una burbuja de aire dentro y, envasadas para su transportación en un recipiente, resultan muy parecidas a la arena de grano grueso y oscuro.

La particularidad de su aspecto provocó que en la aduana de Inglaterra, no hace mucho, ambos investigadores tuvieran que explicar a las autoridades de qué se trataba la arena que transportaban.

Los soportes usados para el tratamiento de agua dependen del tipo de procedimiento a seguir, si se trata de tratamientos aerobios y anaerobios (clasificación determinada por las condiciones que hay en el medio donde se realiza la purificación), “pero otra manera de clasificarlos es a partir de cómo viven las bacterias en ese medio, si pueden vivir libres o adheridas a un soporte”.
De acuerdo con los investigadores, “la ventaja de adherir las bacterias a un soporte (como las exandosferas) es que se generan microecosistemas: tienes un soporte que puede ser un grano de arena o una perla, las bacterias se unen a él y se siguen uniendo hasta alcanzar una cierta altura (dentro del reactor, muy cercano a la tapa superior) donde ya no es posible vivir porque ya no puede haber difusión de líquido y de gases”.

Las exandosferas permiten que, al final, las bacterias se ordenen en capas concéntricas y regulares, de manera que la primera población es completamente anaerobia, la siguiente menos anaerobia y así, hasta llegar a una tolerante al oxígeno. En el caso de los reactores donde las bacterias están libres, lo común es que se establezcan a lo largo de la columna “y no vas a tener tanta eficiencia del reactor como con esta tecnología”.
Competencia científica en la arena de los grandes
El trabajo de investigación realizado por Houbron, Rustrián y algunos estudiantes de licenciatura y maestría que colaboran con ellos y a os quienes ambos se refieren desde ahora mismo como investigadores, ha contado con el interés y apoyo de Francia, aunque los propios investigadores se mantienen a la búsqueda de fondos en el Conacyt, el Cosnet, e incluso, “en el bolsillo propio”.

La investigación realizada por Houbron, Rustrián y algunos estudiantes que colaboran con ellos, a los que ya se refieren como investigadores, ha contado con el interés y apoyo de Francia.
A decir de los especialistas, “buscamos demostrar antecedentes de colaboración entre laboratorios de diferentes países o diferentes instituciones, para poder competir en la arena de los grandes, en los proyectos de la Comunidad Europea, donde hay dinero mucho más fuerte”.

En este sentido, destacaron que tanto en un sistema innovador de tratamiento de aguas como en otros proyectos científicos, “una vez que muestras que es factible, cualquier industrial se interesa en comprar o hacer la patente o celebrar un contrato en el que se establecen las bases científicas del desarrollo tecnológico y ellos lo dimensionan a escala real y lo operan”.
Sin embargo, si bien existen muchos científicos con habilidades empresariales, “cada uno su trabajo, somos profesores-investigadores, debemos estar al límite del conocimiento y después enseñarlo. No somos jefes de empresa, ése es otro trabajo”.
Se crean nuevos científicos y lazos con las empresas
Para Houbron y Rustrián, el proyecto que realizan reviste una importancia adicional a la que tiene como desarrollo tecnológico: en el transcurso de sus investigaciones se han formado tres maestros en Ciencias, tres licenciados de la propia Facultad de Ciencias Químicas, un ingeniero del Instituto Nacional de Ciencias Aplicadas de Toulouse, Francia, dos doctores en Montepellier, Francia, y uno más en el Instituto Tecnológico de Veracruz (ITV).

Además, los investigadores han establecido esquemas de vinculación de tres tipos: uno con las industrias que tienen problemas con sus aguas: “vamos, hacemos un balance de contaminación o atacamos el problema que ellos han identificado.

Hemos intentado vincularnos con el Cusem (Centro Universitario de Servicios a la Empresa), o el Fondo de Empresas de la UV, pero todavía hay algo por hacer para que el investigador encuentre interesante prestar sus servicios y no perder el 30 por ciento de lo que se obtiene”.

Los mismos estudios y procedimientos realizados por los científicos de la UV en laboratorio pueden ser efectuados a escala industrial.
El segundo esquema de vinculación lo han establecido con los municipios “que nos llaman para avalar científicamente las propuestas que les entregan en materia ambiental, como en los casos de Ixtaczoquitlán, Fortín y Córdoba, donde participamos para opinar y tener voz en las decisiones locales y regionales”.

Un tercer nicho de vinculación se da con las pequeñas empresas e industrias “que a veces necesitan pruebas pequeñas como de biodegradabilidad y limpieza de sus productos, a los que sometemos a un análisis”. Para tal efecto, comentó Erick Houbron, el primer paso de los investigadores es definir el problema y analizar la composición del agua residual: “una vez realizado esto, puedes imaginar una vía de tratamiento, pero hay que saber primero si el producto es tratable o no”.
En ese sentido, destaca el desarrollo de un prototipo automático para realizar pruebas de biodegradabilidad, el cual arroja valores importantes para la investigación y permite analizar mejor el problema, pues permite determinar si el agua es biodegradable o no, si es tratable por vía aerobia o anaerobia, luego de lo cual se puede iniciar un diseño de ingeniería. “Para cada problema existe su solución., para cada agua exige su tipo de planta de tratamiento”, explicó.