Sistema para tratamiento de aguas 50 % más eficiente que métodos tradicionales

De acuerdo con el Inventario Nacional de Plantas Municipales de Potabilización y de Tratamiento de Aguas Residuales en Operación, elaborado por la Comisión Nacional del Agua (Conagua), al cierre de 2014 México sumaba 779 plantas potabilizadoras en operación, cuya capacidad instalada ascendía a 138 mil 45.29 litros por segundo (l/s).

El documento precisa que el caudal potabilizado es de 96 mil 274.75 l/s. No obstante, el Consejo Consultivo del Agua, A.C. señala que solo 47.5 por ciento de las aguas residuales colectadas recibe tratamiento y que de ese universo únicamente una pequeña porción —cuyo porcentaje se desconoce debido a la falta de monitoreo— cumple las normas de calidad de las descargas.

En ese contexto, Juan Manuel Méndez Contreras, profesor investigador de la maestría en ciencias en ingeniería química del Instituto Tecnológico de Orizaba (ITO) —que forma parte del Tecnológico Nacional de México (Tecnm)—, realiza un proyecto de investigación para aprovechar las aguas y lodos residuales, así como los residuos sólidos orgánicos producidos en plantas de tratamiento y en la agroindustria para generar energía y biofertilizantes con secuestro de dióxido de carbono (CO₂).

En entrevista exclusiva con la Agencia Informativa Conacyt, el investigador explicó que el objetivo principal del proyecto es concretar un desarrollo tecnológico que mejore los procesos convencionales de tratamiento y, a su vez, que reduzca los costos de operación. Se trata del proyecto denominado Manejo integral de aguas, lodos residuales y residuos sólidos mediante la digestión anaerobia mejorada y captura de CO₂.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿En qué consiste su proyecto de investigación?

Juan Manuel Méndez Contreras (JMMC): Se trata de un proyecto para el tratamiento integral de residuos sólidos orgánicos provenientes de afluentes de naturaleza orgánica, los cuales se generan en plantas de tratamiento de aguas residuales en agroindustrias, en municipios, así como en cualquier tipo de industria con actividad humana.

Es relevante mencionar que el trabajo está encaminado hacia un proyecto en el cual se tratan residuos orgánicos con alta carga contaminante. Hay que recordar que en la mayoría de los casos, los residuos orgánicos son descargados a ríos, a suelos, a sitios abiertos y que esto sucede con poco control, lo cual deriva en un efecto negativo en términos de contaminación.

Ante ello, en el ITO hemos desarrollado una nueva tecnología de digestión anaerobia térmica, la cual es capaz de reducir o prácticamente eliminar la carga contaminante en términos de microorganismos patógenos y compuestos orgánicos. A su vez, la tecnología convierte los residuos orgánicos, la basura orgánica, en biofertilizantes y en bioenergía.

AIC: ¿Cuáles fueron los pasos del proyecto hasta llegar a dicha tecnología y en qué fase se encuentra el desarrollo?

JMMC: Actualmente estamos en una etapa de investigación y desarrollo activa para la parte de la producción de bioenergía, la cual tiene dos vertientes. En la primera, el gas que deriva de la digestión anaerobia se hace quemar en un generador eléctrico que, a su vez, produce dióxido de carbono.

Esa corriente de dióxido de carbono se hace pasar a través de un conjunto de fotobiorreactores que operan con algas, es decir, una biomasa que puede ser utilizada de manera benéfica en alimentos, pigmentos o en la elaboración de biocombustibles y para el tratamiento biológico de efluentes contaminados.

La segunda línea para esta etapa de la investigación consiste en convertir un alto porcentaje del gas producido (CO₂) durante la combustión del metano en una descarga de oxígeno a la atmósfera. Básicamente, con esta tecnología generamos un proceso integral que nos permite convertir residuos orgánicos, presentes en aguas residuales, en productos benéficos tales como son las algas y el oxígeno emanado hacia la atmósfera.

AIC: ¿Y cuáles son las etapas previas que siguió el trabajo hasta llegar al desarrollo actual?

JMMC: El proyecto arrancó en el 2007 y hasta la fecha hemos contado con diversos apoyos económicos del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt). Un primer proyecto que se nos aprobó a través de Fondos Mixtos (Fomix), es decir Conacyt y el gobierno del estado de Veracruz, consistió en el estudio y desarrollo de la tecnología para la digestión anaerobia térmica de residuos orgánicos presentes en las aguas residuales.

Gracias a ese primer proyecto, pudimos diseñar, construir y poner en operación una primera planta piloto de digestión anaerobia térmica. Una segunda etapa, es decir, un segundo proyecto financiado por el Conacyt, permitió el diseño y operación de una planta de efluentes orgánicos y de residuos sólidos orgánicos para la generación de bioenergía.

El tercer proyecto aprobado, también por el Conacyt, fue un proyecto bilateral con el gobierno de Alemania, a través de un acuerdo de vinculación con la Universidad Alexander Friedrich, con quienes trabajamos en el desarrollo de fotobiorreactores que tratan las corrientes de CO₂ y que son operados mediante el monitoreo de las propiedades reológicas.

AIC: ¿Cuáles son los resultados más relevantes de la fase de prueba de los prototipos?

JMMC: En la primera etapa, la de digestión anaerobia, el resultado más relevante y que es innovador es la reducción de hasta 50 por ciento en el tiempo de tratamiento, es decir, si un proceso convencional de digestión anaerobia logra reducir la carga contaminante en un tiempo de tratamiento estimado de 28 días, nuestro desarrollo (digestor anaerobio-térmico) lo realiza en menos de 50 por ciento del tiempo (de 12 a 14 días).

La segunda ventaja sobre otras tecnologías ya existentes tiene lugar en el rendimiento energético, mismo que se incrementa hasta 51 por ciento. Básicamente, hemos logrado con el mismo volumen de tratamiento y con la misma capacidad instalada, incrementar significativamente la producción energética.

Ya en la última parte, en la relacionada con los fotobiorreactores, hemos logrado fijar 95 por ciento del CO₂ producido en una digestión anaerobia en reactores de alta eficiencia, es decir, estamos eliminando casi en su totalidad emisiones de gases de efecto invernadero, con la ventaja de llevar a cabo el proceso en el mínimo espacio gracias a que nuestros fotobiorreactores logran mayor transferencia de masa en el mismo espacio y logran también mejor captación del CO₂, derivando en una eficiencia superior a la de otras tecnologías existentes.

AIC: ¿Cuál es el siguiente paso para estas tecnologías que se encuentran a nivel plantas piloto?

JMMC: En este momento estamos en la etapa de transferencia tecnológica. Lo primero que estamos logrando a nivel piloto es el control y la automatización de nuestros bioprocesos. Al ser bioprocesos nuevos, deben atravesar una etapa de control y automatización para su posterior escalamiento y comercialización.

Afortunadamente, hemos dado importantes pasos en la transferencia tecnológica del proceso de digestión anaerobia térmica, es importante resaltar que ya se llevó a cabo la primera transferencia de tecnología a nivel estatal y entiendo que es de las primeras tecnologías transferidas a nivel nacional. El proyecto se llevó a cabo con una empresa importante del estado y la transferencia tuvo un costo aproximado de ocho millones de pesos.

Fue un proyecto de innovación y transferencia de tecnología en el cual nosotros logramos desarrollar esta tecnología a nivel laboratorio, piloto y después logramos transferirla a la industria. El resultado fue tan positivo que a nivel industrial se están tratando aproximadamente 20 toneladas métricas de lodos residuales diarios.

Quiero anunciarles también que sumaremos una segunda transferencia tecnológica; la primera se realizó entre 2012 y 2103 con una empresa avícola de la región y estamos en un segundo proyecto con una empresa de tratamiento de afluentes cítricos, a la cual se le está realizando la transferencia del sistema de tratamiento de efluentes orgánicos que realizamos aquí.

AIC: ¿Qué falta?

JMMC: Falta consolidar los mecanismos de transferencia desde la parte institucional, desde la parte de Conacyt, hacia el sector privado, necesitamos fortalecer también los mecanismos de transferencia hacia los municipios y hacia las agroindustrias de todo el país. Incluso se tendría que trabajar en el desarrollo y fortalecimiento de mecanismos para la transferencia internacional ya que, en nuestro caso, estamos trabajando con Alemania, Bolivia y otros países latinoamericanos.

AIC: ¿Por qué es relevante este trabajo?

JMMC: En primera instancia, porque con este proyecto demostramos que México es capaz de desarrollar su propia tecnología para resolver problemas de contaminación generados en México y que las tecnologías que nosotros podemos desarrollar pueden competir con cualquier tecnología a nivel nacional e internacional.

Fuente: CONACYT.