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Tadeístas desarrollan compuesto que mejora la eliminación de contaminantes en agua
Jueves, Febrero 21, 2019
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Por: Emanuel Enciso Camacho - Fotografías: Alejandra Zapata - Oficina de Comunicación
Tradicionalmente se utiliza el Dióxido de Titanio como catalizador que interactúa con los rayos ultravioleta. Los tadeístas agregaron otros metales, encontrando una mejor interacción con la luz solar. Hasta el momento, han logrado la eliminación del 99% de partículas como Ibuprofeno y del 40% en Glifosato.

Un informe publicado por la Organización de Naciones Unidas (ONU) en el 2017 advierte que el 80% de las aguas residuales del planeta se vierten a las fuentes hídricas sin ningún tipo de tratamiento. El estudio es aún más alarmante, pues precisa que en algunas regiones de América Latina los niveles de tratamiento tan solo llegan al 8%. Por su parte, el Instituto Nacional de Salud (INS) indica que la ingesta de agua de mala calidad, sumado a la falta de saneamiento y la higiene, cobran más de 1,7 millones de muertes en el mundo al año, principalmente a través de la diarrea aguda. En Colombia, esa misma entidad sostiene que el número de victimas asciende a los 17.500, equivalente al 8% de la mortalidad anual.

Desde el 2005, esta problemática se ha convertido en uno de los intereses del investigador y profesor tadeísta Andrés Felipe Suárez, quien ha evaluado diferentes tecnologías para el tratamiento de aguas residuales, entre ellas las coloreadas, es decir, aquellas que han pasado por un proceso industrial y han adquirido un pigmento particular, así como de la degradación y mineralización de contaminantes presentes en el preciado líquido, entre ellos los recalcitrantes (difíciles de eliminar) y los emergentes (nuevos, debido a las actividades humanas).

“Las personas suelen asociar la contaminación del agua por su color, pero es posible tener agua completamente clara que esté supremamente contaminada. Para eso, estamos realizando unos bioensayos con microorganismos que actúan como bioindicadores, con el fin de saber cuántos de ellos sobreviven, y así establecemos qué tan tóxica se encuentra el agua”, precisa el investigador.

Proceso de tratamiento de agua por fotocatálisis, haciendo uso de rayos ultravioleta

Así, mientras el proceso de degradación busca partir las moléculas para convertirlas en compuestos que sean más inocuos o inofensivos, la mineralización consiste en convertir los contaminantes en su expresión más limpia: Dióxido de Carbono (CO2) y agua.

El gran problema, advierte Suárez, es que los contaminantes recalcitrantes, como por ejemplo el glifosato, ampliamente usado para la erradicación de cultivos ilícitos, al ser un compuesto altamente estable, no se puede remover del agua con sistemas de tratamiento tradicionales. De ahí su impacto nocivo para la salud humana.

Por su parte, el peligro de los contaminantes emergentes, entre ellos los residuos de antibióticos, hormonas, pesticidas, fungicidas y herbicidas, es que terminan en los ríos y quebradas, contaminando así las fuentes hídricas, y en algunos casos, acabando con los ecosistemas que allí habitan.

El tratamiento de aguas residuales lleva a la aplicación de compuestos biológicos con microorganismos. Esto, sumado a aguas contaminadas con restos de antibióticos, podría desencadenar cepas resistentes de microorganismos, generando daños hepáticos, renales e incluso cáncer en los animales que habitan los ecosistemas, que en muchos casos, se bioacumula en el ser humano por el consumo de peces contaminados”, sostiene el investigador.

Proceso de fotocatálisis en el reactor

Recientemente, en conjunto con estudiantes del programa de Ingeniería Ambiental y la Maestría en Ciencias Ambientales de Utadeo adscritos al Semillero de Investigación en Física Química Aplicada, el profesor Suárez trabajó en la optimización de los procesos de fotocatálisis heterogénea, un proceso de oxidación avanzada que emplea el Dióxido de Titanio como catalizador para que, por acción de la luz del sol o de bombilla y de los rayos ultravioleta, se puedan descomponer los contaminantes hasta convertirlos en CO2 y agua.

El método no es nuevo. De hecho, la reacción química ocurre de manera similar a la decoloración del cabello haciendo uso de agua oxigenada o peróxido de hidrógeno. El proceso inicia con la generación de unos radicales hidroxilo, cuando el dióxido de titanio, que está presente en forma de polvo blanco, interactúa con el líquido, la luz y el oxígeno que allí están presentes. Una de las bondades de esta técnica consiste en que el catalizador puede reutilizarse, dado que el polvo queda sobre el agua en forma de suspensión.

Aunque las pruebas de laboratorio indican que el catalizador funciona mejor con los rayos UV, los tadeístas modificaron el Dióxido de Titanio, añadiendo metales como plata, níquel, cromo y platino, logrando que fuera más efectivo con la luz solar.

Toda la reacción se lleva a cabo en un reactor de 350 centímetros cúbicos, un dispositivo fabricado en cuarzo, vidrio o plástico. Sin embargo, una de las indagaciones de los tadeístas se centra en verificar cuál de estos materiales es más costoefectivo a la hora de dejar pasar los rayos ultravioleta. Hasta el momento se sabe que el primero es el de mayor efectividad pero es el más costoso, mientras que el vidrio deja pasar menos luz pero es más económico. El plástico, por su parte, es muy económico pero el menos efectivo.

Muestras de agua coloreadas

También evalúan la manera cómo el reactor puede descontaminar el agua de manera continua, pues métodos como el batch o por lotes, aunque son más efectivos en la descontaminación, son poco eficientes en los tiempos del proceso, al tenerlos que operar manualmente. Así, por ejemplo, si se piensa en una planta de tratamiento, el agua debería tener un punto de entrada y salida automática.

Los resultados obtenidos han sido positivos. Como lo estima Suárez, haciendo uso del reactor batch y un recipiente de vidrio, en el caso particular de los residuos de los medicamentos Ibuprofeno (usado como analgésico) y el Metoprolol (medicado para casos de hipertensión), se ha logrado eliminar el 99% del contaminante en agua.

En el caso del glifosato, por este método se ha podido eliminar el compuesto en un 40%, tras dos horas y media de fotocatálisis, un margen superior al registrado comercialmente, el cual oscila en un 25%. Por su parte, los neonicotinoides, una familia de insecticidas que han sido causantes de la muerte de millones de abejas en el mundo, pues actúan de manera directa en su sistema nervioso central, lograron removerse hasta en un 80%, en el mismo lapso.

De igual manera, aplicando el procedimiento con luz solar, se pudo remover un 67% del compuesto Metoprolol, Ibuprofeno y Diclofenaco: “Si una molécula como la de Ibuprofeno se parte por causas naturales, puede ser nociva para la salud al generar compuestos derivados del benceno y el tolueno, sustancias que son cancerígenas o dañan el páncreas”, agrega.

Andrés Felipe Suárez, profesor del Departamento de Ingeniería de Utadeo

Los retos de la investigación se centran en lograr co   mpletamente la reducción de los contaminantes a CO2 y agua. Los investigadores trabajan en el diseño de un reactor piloto que pueda usarse industrialmente.

Actualmente, también adelantan tres proyectos de investigación encaminados al tratamiento de aguas coloreadas para los laboratorios de teñido, química y fotografía de Utadeo, implementando un proceso electroquímico con láminas de hierro, a través de las cuales pasa corriente continua.

El segundo proyecto consiste en la remoción del mercurio usando gránulos de cáscara de mandarina. La remoción, preliminarmente, ha sido satisfactoria, pues se ha logrado adsorber el 90% del metal pesado. Un tercer trabajo se enfoca en el tratamiento de aguas naturales, como las de ríos y quebradas, utilizando coagulantes naturales, especialmente el tradicional cubio, cuyo jugo se extrae y se aplica al líquido vital, lo cual sería una importante solución para las zonas rurales que no cuentan con plantas o protocolos de tratamiento.

Edgar Fajardo, estudiante de la Maestría en Ciencias Ambientales, y el profesor Andrés Suárez