NUEVAS TECNOLOGÍAS EN TRATAMIENTOS DE AGUA

Mayo 31, 2021

Por: 

Annabel Molina Paucar

Annabel Molina Paucar

Clariza Ccaccro Lapa

Clariza Ccaccro Lapa

Sheyla Paolo Chero Osorio

Ingeniera química de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, con experiencia y desarrollo profesional en el área de Investigación. Ha participado como Asistente de Investigación en la Universidad de Ingeniería y Tecnología desde el 2017-2020, desarrollando proyectos de investigación mediante el convenio “Fondo Semilla” UTEC-Havard. Presenta una amplia experiencia en investigaciones científicas, entre ellos, el manejo de la técnica analítica XPS, siendo el único equipo existente en el Perú.

Actualmente se encuentra cursando estudios de doctorado en la Universidad del Sur de Florida en Estados Unidos. Asistente de investigación en Journal Club Piloto en la Universidad Nacional del Callao, Asistente de Investigación en USF con subvención de National Science Foundation (NSF), Asesora de Proyectos en el Eje de Ciencias y Mentora en “Women Can Do Peru”, y destacando en diversas actividades extracurriculares.

Fuente: Archivo personal.

El agua es un recurso vital para el ser humano, la problemática que se evidencia en nuestro país y el mundo es su escasez. Por ello es importante realizar investigaciones para implementar nuevas tecnologías de esta manera reducir o eliminar la contaminación, ¿cuál es la situación del agua en Perú?

Con respecto al tema del acceso al agua potable en Perú, actualmente el 80% de los hogares tienen alguna fuente de agua, no necesariamente potable. Si bien es cierto, Lima es una región con mayor acceso al agua potable, hay muchas regiones del interior que tienen aguas de pozos con algún filtro o simplemente sometidos a ebullición; sin embargo, no es un sistema tratado. Creo que sería importante primero enfatizar en quienes tienen acceso al agua potable, después quienes tienen acceso a algún tipo de agua y quienes no tienen acceso a agua.

Es importante también enfatizar que este problema de la escasez del agua es algo que caracteriza a países en vías de desarrollo, si bien es cierto cada vez se está dando más tecnologías, más áreas involucradas, más grupos que fomentan investigación en agua, etc. es una situación muy preocupante en nuestro país y en países en vías de desarrollo. Para enfatizar, hay una previsión de organizaciones con más experiencia en este campo, que para el 2050 aproximadamente, un 70% de países van a sufrir de escasez de agua.

Al realizar un proyecto y diseñar una planta de tratamiento se tiene que considerar varios parámetros, ¿cuáles son esos parámetros que se debe tener en cuenta antes de tratar un efluente?

Primero tendríamos que enfocarnos en cuáles son los estándares que se aplican en Perú. Por ejemplo, ANA, SEDAPAL, MINAM, etc. son entidades que pueden ver ciertas normativas en el agua, pero tenemos que fijarnos primero si es que realmente fiscaliza como debería ser y si es que estos estándares son suficientes. Entonces, creo que primero tendríamos que enfatizar en los estándares de calidad del agua por cómo se está regulando, si estos parámetros están actualizados, si se están aplicando, y ver la efectividad de estas medidas.

Por otro lado, con respecto a los contaminantes del agua, los parámetros que se deben medir dependen de la región a la cual nos dirijamos. Por ejemplo, si queremos analizar la calidad del agua en una laguna que es la fuente principal de agua en un pueblo andino, se tendría que ver si esa laguna está cerca a algún centro minero o si hay alguna planta de tratamiento, entonces se tendría que ver el método que utiliza, la capacidad de esa planta, así como la efectividad de esos procesos.

Quizá lo tercero sería ver el tema de cuántos habitantes estarían usando el cuerpo de agua que queremos analizar; se podría realizar un estudio del consumo per cápita y saber a cuántas personas estaría beneficiando, demás está decir también que las tecnologías sean adecuadas y que haya una adecuada inversión por parte del estado.

En Europa las aguas residuales se están utilizando para obtener nutrientes, proteínas, fertilizantes, etc. se ve el agua residual no como un desecho, sino como un recurso, ¿podrían considerarse las aguas residuales como una fuente de recursos aprovechables?

Quizá allí podemos involucrar un poco más el concepto de economía circular. En un esquema de economía circular nosotros aprovechamos hasta donde es posible cualquier fuente que tengamos. Enfocándonos en el agua; al tratarlas podemos mejorar la calidad y bajar la concentración de algunos contaminantes. Pero, aun así, si analizamos esos parámetros más importantes para ver si es apta para el consumo y determinamos que no es apta, podríamos aprovechar esa agua para el regadío, en sistemas contra incendios, para servicios básicos como el inodoro u otros consumos de agua en nuestro hogar, esto sería un poco el esquema de la economía circular.

“En un esquema de economía circular nosotros aprovechamos hasta donde es posible cualquier fuente que tengamos.”

Si estamos hablando de una planta de tratamiento más sofisticado, donde se lleva a cabo los procesos biológicos que involucra microorganismos (usan los contaminantes como sustratos), al final del tratamiento en estos digestores anaerobios es muy común que se generen lodos, estos lodos son parte del proceso biológico, que podrían ser aprovechados. Por ejemplo, acá en EE. UU es muy común tener este esquema de tratamiento de agua más sofisticada, el lodo generado que serían sólidos con alta carga por ejemplo de nitrógeno y fósforo, podrían ser utilizados como fertilizantes, o como materia prima para después obtener nitrógeno o fosfatos.

Para tratar el agua existen métodos, tecnologías modernas y novedosas, ¿Cuáles son los beneficios o ventajas de implementar tecnología moderna?

Crear una tecnología moderna siempre va a mejorar los resultados más que aplicar una tecnología convencional. En los países más desarrollados no sería de sorpresa para nosotros que encontremos tecnologías mucho más sofisticadas de las que tenemos en Perú. Obviamente, implementarlos en Perú significaría tener una mejor calidad del agua, quizá también tener una mejor distribución para que consuman muchas más personas. Sería muy ventajoso.

Si se quiere implementar esa tecnología en nuestro país, lo primero sería fijarnos en las tecnologías que tienen los países europeos, países que estén en punta tecnológica. Además, ver si esas tecnologías serían tan desafiantes para un país en vías de desarrollo, así como saber cuáles son los criterios que ellos manejan, los estándares, la calidad de agua que generan y  comparar con la nuestra. Allí también podría entrar el tema de eficiencia energética y los costos. Generalmente es cierto que si queremos implementar algo a escala más grande siempre se empieza con una escala más pequeña.

Según la OMS (2018), en Perú solo el 39,2% de las aguas residuales reciben tratamiento adecuado, ¿cuál es el impacto de las aguas residuales en la biodiversidad?

Si es que uno tiene familia en regiones del interior del país, lo primero sería preguntarles de cómo era la calidad del agua en las lagunas, los ríos más característicos o reconocidos de la región hace 50 años, por ejemplo. Yo sé que es importante el tema de la inversión privada, el tema de la industrialización que crea muchos empleos, y con respecto a la minería, el Perú es un país minero, hemos tenido quizá una mayor inversión económica, mayores beneficios, pero está el tema del impacto hacia los cuerpos de agua.

Sabemos que la minería está más enfocada en las regiones andinas, con el tiempo la calidad de los cuerpos de agua se ha visto afectada. Si bien es cierto, hay agencias nacionales de medio ambiente que fiscalizan para regularizar, sin embargo, el impacto con el que se vieron afectados los cuerpos de agua por la minería ha sido bastante grande. Si analizamos la calidad del agua con el pasar de los años probablemente encontremos más metales pesados.

Por otro lado, está también el tema de la eutrofización. Hay muchos lagos que se han visto afectados por el exceso de nutrientes, en este caso, nitrógeno, fósforo y fosfatos. Quizá un exceso de detergentes, fertilizantes, que de cierta forma percola desde la tierra hasta los cuerpos de agua, van aumentando las concentraciones, y es muy común que de pronto comience a disminuir drásticamente la concentración del oxígeno en el agua. La vida acuática no puede vivir en esas concentraciones, entonces mueren, pero hay ciertas algas que se favorecen, entonces se produce lo que se conoce como un crecimiento desmedido de este tipo de algas, que al final lo que hace es disminuir la concentración del oxígeno.

 

“…la eutrofización, hay muchos lagos que se han visto afectados por el tema del exceso de nutrientes.”

Año tras año, la contaminación hídrica se ve intensificada por diversos factores que afectan directa e indirectamente su calidad. Ante ello, existen organismos que determinan distintas normas para la conservación de este recurso, ¿qué fuentes son recurrentes en las causas de la contaminación del agua?

Considero dar mayor énfasis en la falta de concientización que ocasiona la contaminación de ríos, lagos, entre otros. La capacidad del agua para el consumo, la distribución del agua en las Plantas de Tratamiento no satisface la demanda de los peruanos. Por consecuencia, utilizar una laguna para lavar ropa (acto común), produce, finalmente, contaminación con fosfatos. Centrándonos más en Lima, en el río Rímac o río Chillón, donde las personas no tienen un adecuado sistema de alcantarillado.

En el tema de contaminación industrial, enfatizando en el interior del país, la principal problemática es por la actividad minera, en todo sentido. Es un tema muy complejo; las empresas más grandes intentan trabajar lo más sostenible posible, los entes reguladores fiscalizan cómo están los efluentes, si cumplen con los estándares. Aun así, es un tema que seguirá empeorando, la contaminación no se detendrá de la noche a la mañana; las empresas seguirán operando. Por más fiscalización, nosotros no sabemos qué está ocurriendo, no conocemos el impacto en los siguientes años. También están las minerías ilegales, donde las agencias reguladoras no supervisan. Un ejemplo puntual, el problema más grande (refiriéndose a la minería ilegal) es el oro en Madre de Dios. Básicamente, cuando ellos quieren obtener oro más puro, se realiza una amalgamación con el mercurio. Luego para separar el mercurio queman la mezcla obteniendo, finalmente, el mineral concentrado. Los residuos obtenidos se depositan cerca de las lagunas. Los estudios de la cantidad de mercurio de una vida acuática son realmente grandes. El problema: los pobladores consumen peces contaminados y si se realiza análisis de sangre, se observará una concentración mayor a lo permitido. Una mejor educación, concientización y mayor inversión en sistemas de tratamiento que puedan cumplir con los estándares es una solución a largo plazo para esta problemática.

En muchos casos, la viabilidad del desarrollo de un proyecto se ve inhabilitada por diversos temas. ¿Qué barreras impiden desarrollar nuevas tecnologías a favor de la descontaminación del agua?

Cuando alguien tiene una idea exitosa a escala de laboratorio, la primera barrera es la resistencia al cambio. Desde un punto de vista de la empresa, con un pensamiento de complicaciones por nuevos estándares, aprender nuevos conocimientos, inversión económica, entre otros.

El problema es la falta de concientización, falta de aprendizaje e interés. Proyectándose, para el 2050, la situación va a ser muy preocupante. Entonces, no sabemos si comenzaremos a tomar acción desde ese momento. Otra barrera, es la educación en nuevas tecnologías; proponer nuevas cosas implica aprender más. En la rama en la que te encuentres, el interés, la predisposición de mejorar en el lugar donde te encuentres. Concientizar a nuestros amigos, familia; comprometernos todos a ello.

“Cuando alguien tiene una idea exitosa a escala de laboratorio la primera barrera es la resistencia al cambio.”

 En el área industrial, poniéndonos un ejemplo, siendo Gerente de una Planta de Tratamiento de Agua, la misión debe ser compararnos con un país desarrollado aún teniendo ciertas limitaciones, plantearnos, ¿qué hacen ellos? Y ¿hasta dónde podría llegar? Aprender de países que mantienen una mejor calidad del agua, y cuyos habitantes tienen más acceso al agua. No sólo otorgamos la responsabilidad a las Plantas de Tratamiento, que, si bien es cierto, pueden expandirse e invertir en ello; sino ver sistemas de tratamiento puntuales, para comunidades (como un sistema adecuado para filtración). En conclusión, proponer una solución más allá del trabajo que tienen las Plantas de Tratamiento, es decir, favorecer a los habitantes con tratamientos accesibles.

A lo largo de tu formación profesional has podido realizar investigaciones dirigidas al sector de tratamientos de aguas, ¿cuáles han sido los trabajos más importantes que has desarrollado con respecto a este sector?

Por el lado de investigación, el trabajo más importante, fue uno realizado en la UTEC. Hablar de investigación, generalmente, es hacer un trabajo muy elaborado a escala de laboratorio. Hice una prueba de adsorción de remoción de metales pesados con minerales. La técnica de adsorción es muy efectiva, aplicable a escala de laboratorio. Para esta primera investigación en la UTEC, era el empleo de minerales piríticos; aprovechar minerales (residuos), que, por su composición química, son muy buenos para atrapar metales pesados (adsorber). Me resultó muy interesante el tema de adsorción debido a que es muy importante estudiar la superficie del material. Básicamente, la adsorción es la remoción de un contaminante que se queda adherida a la superficie ya sea por procesos físicos o procesos químicos (quimisorción), que involucra una reacción química del adsorbente (contaminante) y el adsorbato (superficie del material).

En mis estudios de pregrado, pertenecí a un grupo de investigación en la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, orientado a Nanotecnología y Nanomateriales. Como parte de un proyecto en FYNCyT, empleamos nanopartículas de óxido de titanio porque son muy eficientes para remover ciertos contaminantes en el agua. Hacíamos fotocatálisis, mediante un reactor pequeño con interacción de rayos UV. Fotocatálisis es aprovechar esta tecnología para remover, específicamente, colorantes de aguas textiles. Con nanopartículas y el proceso de fotocatálisis obtuvimos buena remoción del colorante. En caso de cualquier contaminante químico, es importante estudiar la química del contaminante. Por ejemplo, en metales pesados, los cationes son aprovechados en algún proceso químico que pueda surgir entre la carga en la superficie del adsorbente y el catión. Los beneficios de estas investigaciones es aprender más de la química, técnicas analíticas, entre otros aspectos.

En el 2018, participé en un club de ciencia (iniciativa de Concytec). Generalmente, un instructor internacional viaja a Perú y trabaja en colaboración con un instructor nacional y se desarrollan talleres para estudiantes de pregrado; en este caso, me escogieron como instructora nacional. Trabajamos dando un taller para chicos de pregrado, entre, Ingeniería Química, Química e Ingeniería Ambiental de diversas universidades a nivel nacional. El instructor internacional hizo un taller para aprovechar residuos agroindustriales, básicamente, consistía en trabajar con las cáscaras de alimentos (frutas) por el proceso de adsorción. Tenemos residuos (cáscaras) y se les hace un pretratamiento. Entonces, se añade ciertos químicos para hacer la superficie más efectiva porque el propósito de una adsorción es que la superficie nos ayude a atrapar los contaminantes que deseamos. Inicias, con un agua muy coloreada; luego, se agrega el adsorbente preparado y observamos cómo disminuye la concentración o medir la concentración analíticamente. En resumen, el proceso de adsorción es muy efectivo para remover metales pesados o colorantes.

 

 

“Hablar de investigación, generalmente, es hacer un trabajo muy elaborado a escala de laboratorio.

Actualmente te encuentras cursando estudios de posgrado en University of South Florida (EE.UU), dirigiendo tu investigación científica hacia una estrategia avanzada para el tratamiento general de aguas residuales, ¿qué avances científicos se están desarrollando respecto a ello?

Con respecto a mi investigación, estoy aprendiendo muchas cosas interesantes. Trabajo con bacterias, es un área que me gusta mucho. Cuando tenemos un contaminante en el agua, que para nosotros es un problema, para las bacterias son sus nutrientes. Esas baterías naturalmente consumen ciertos nutrientes en el ambiente, de repente nitrógeno, fósforo, arsénico. Ellas tienen esta capacidad para atrapar estos contaminantes del agua. En una investigación, una Planta de Tratamiento o algo más aplicado, generalmente, se trabaja con estas bacterias; pero, se le da las condiciones apropiadas para que crezcan exponencialmente, para un aprovechamiento al máximo. El problema con estos microorganismos es la generación de biomasa lo cual genera, a la vez, mucho lodo. Todo este proceso es un aprovechamiento natural.

Lo segundo, con respecto al contaminante que estoy usando, el nitrógeno en el agua es un problema, sobre todo, en Florida. Aquí hay mucha contaminación por nitrógeno o fósforo. Particularmente, en Florida, hay un problema de eutrofización (acumulación de nitrógeno y fósforo en el agua), donde muere la vida acuática y crece exponencialmente las algas. Parte de esto es evitar que estas sustancias lleguen al agua. En el caso del nitrógeno, nuestro problema principal es el amoniaco, que se encuentra como ion amonio; en segundo caso está el fósforo, encontrado como fosfatos. Mi objetivo es el amoniaco. Cuando trabajamos con bacterias o algo natural, hablamos de ciclos biogeoquímicos. El ciclo biogeoquímico se caracteriza por sus componentes; en primer lugar, el ciclo del carbono; en segundo, el ciclo del nitrógeno; tercero, el ciclo del fósforo; en cuarto lugar, el ciclo del azufre; por último, el ciclo del agua. Prácticamente, este ciclo se puede describir, que un compuesto, naturalmente, está presente en la naturaleza: primero, pasa a la atmósfera; luego, a la litósfera; finalmente, en la hidrósfera, y nuevamente se repite el ciclo en continuo equilibrio. Cuando hay mucha interacción industrial, se generan compuestos en exceso. En el caso del nitrógeno, se genera mucho más de lo que las bacterias están dispuestas a degradar. La novedad de mi investigación es que del ciclo del nitrógeno convencional haré un atajo, obteniendo beneficios como menor aireación y menor ingreso de una fuente de carbono. Estas bacterias necesitan una fuente de carbono y fuente de oxígeno: con este mecanismo del atajo, se optimizará para evitar el consumo de carbono u oxígeno.

En mi grupo, es un desafío porque esta técnica innovadora se ha descubierto hace más de 40 años. Si bien hay algunos países implementando esta tecnología, hay mucha investigación que no se está desarrollando a escala de laboratorio.

Su amplia trayectoria en investigaciones científicas le ha proporcionado la experiencia para analizar las problemáticas y determinar una posible solución, ¿qué recomendaciones podría proporcionar para el estudio de nuevas tecnologías orientadas al sector hídrico?

Respecto, a involucrarse más en investigación, pertenecer a estas iniciativas, estar en comunicación con investigadores o especialistas en ciertas áreas. Por ejemplo, mañana te toca a entrevistar a alguien que describe un tema donde tenían mucho interés, y terminan convenciéndose que en verdad es el tema al que quieren dedicarse. Entonces, involucrarse en iniciativas a favor de la educación en ramas STEM proporciona un eje claro al sector al que desean dedicarse. Mientras más conocimientos sepamos más podemos proponer.

En la rama académica, recomiendo, aprender de conferencias, inscribirse a cursos, entre otras actividades. Ahora es mucho más accesible, la mayoría de cosas son virtuales. Generalmente como hay muchos interesados, no es tan caro como antes.

“…involucrarse en  iniciativas a favor de la educación en ramas STEM proporciona un eje claro al sector que desean dedicarse.”

Si te interesa este tema (tratamiento de aguas), hay conferencias, cursos, iniciativas en Ingeniería Química o en otras carreras sobre este tema. Esto se basa en estar atento a estas actividades, ser activo en redes, seguir páginas de discusión de tu interés. Involucrarse más, tener un interés creciente. Otro aspecto que quizá a los ingenieros no les gusta, es el tema de legislación. Particularmente, no se enseña tanto en pregrado el tema de los estándares. Una recomendación personal es entender las normativas. Ser consciente que el problema del agua es fuerte; entonces, si entendemos las normativas, nos cuestionamos. Cualquier cosa que aprendan, en posición de estudiante, les va a beneficiar cuando egresen, trabajen en rubro académico o industrial.

Finalmente, felicitarlas por la iniciativa en la que están, en comunicación con profesionales, pues les va a abrir más oportunidades. Es importante tener este networking con los profesionales; agregarlos a LinkedIn, ver publicaciones, artículos relacionados de personas que nosotros creemos que están avanzando bien en esa área.

Artículos relacionados

Respuestas

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *