2 alternativas para el tratamiento del agua

En la actualidad se trabaja en la búsqueda de técnicas que abaraten los procesos aplicados al tratamiento de agua que consumen grandes cantidades de energía, lo que es costoso tanto desde el punto de vista económico como medioambiental.

Como bien sabemos, el problema del desabasto de agua se vuelve más preocupante día a día debido a que el uso del vital líquido es diverso y de gran importancia en muchos procesos. Esto ha llevado a gran cantidad de investigadores a desarrollar métodos para tratar aguas de desecho con la menor cantidad de energía posible.

La energía fotovoltaica produce una corriente eléctrica continua, lo que la hace ideal para su aplicación en dos técnicas de tratamiento de agua: la electrodiálisis y la electroxidación.

Electrodiálisis


La electrodiálisis es una técnica basada en el transporte de iones a través de membranas selectivas bajo la influencia de un campo eléctrico. En una pila de electrodiálisis convencional se sitúan alternativamente membranas de intercambio catiónico y aniónico, entre el cátodo y el ánodo.

Cuando se aplica una diferencia de potencial entre ambos electrodos, los cationes se mueven hacia el cátodo y los aniones hacia el ánodo. Los cationes migran a través de las membranas de intercambio catiónico, las membranas permiten el paso mediante cationes pero no de aniones y son retenidos por las membranas de intercambio aniónico. Por otra parte, los aniones migran a través de las membranas de intercambio aniónico que permiten el paso por medio de aniones pero no de cationes y son retenidos por las membranas de intercambio catiónico. Estos movimientos producen el aumento en la concentración de iones en algunos compartimentos llamados celdas de concentración y la disminución en los adyacentes que se conocen como celdas de dilución, en la figura siguiente se muestra el transporte de carga en un sistema de electrodiálisis convencional.




Los módulos fotovoltaicos se conectan a bancos de baterías donde la energía producida es almacenada para ser utilizada cuando sea necesario. Conectando estos módulos directamente a la célula de electrodiálisis se reduce sustancialmente el costo de inversión en estos sistemas. La principal razón para la conexión directa a la célula de electrodiálisis es simple: en lugar de acumular energía eléctrica en las baterías para usarla más tarde, el agua tratada durante las horas de luz es almacenada en depósitos, ya que es más barato almacenar agua en tanques que acumular energía en un sistema de baterías.

Además, los sistemas de electrodiálisis son una alternativa a los actuales procesos de desalinización, tales como la ósmosis inversa del agua marina o la evaporación, ya que liberan al mar un flujo de agua cuya concentración salina es similar a la de éste, evitando así los problemas derivados del aumento salino localizado que sí se produce en las plantas de ósmosis inversa y que estropean el frágil ecosistema costero.

El siguiente vídeo ilustra el proceso de electrodiálisis:





Electroxidación


La electroxidación es otra tecnología creada para la oxidación de la materia orgánica disuelta en las aguas residuales. Como tecnología para el tratamiento de aguas, la electroxidación se enmarca dentro del grupo de los Procesos de Oxidación Avanzada (POA) por cuanto es posible generar radicales hidroxilos OH bajo ciertas condiciones de operación y en ciertos electrodos. La electroxidación se considera como una alternativa medioambientalmente viable para el tratamiento de aguas residuales, ya que se puede alcanzar la completa destrucción de la materia orgánica utilizando un reactivo limpio como es la electricidad, reduciendo la producción de lodos y evitando la utilización de compuestos químicos adicionales.


Ver también: El lado positivo de la basura

En los procesos de electroxidación, el afluente a tratar se hace circular por un reactor heterogéneo, entrando en contacto con ánodo y cátodo, en los que tienen lugar respectivamente, las reacciones de oxidación y reducción.




La tecnología de electroxidación trata de hacer frente a aquellas situaciones en las que el afluente residual posee una baja capacidad de ser oxidado, haciendo inviable su tratamiento térmico o bien un bajo nivel de biodegradabilidad, para el que la opción biológica no es viable. Para valores de demanda química de oxígeno por debajo de 5 mg O2·L-1, la electroxidación es una alternativa interesante como POA.

Entre las debilidades de la tecnología cabe destacar los altos costos de inversión y esencialmente el elevado consumo de energía específico por unidad de volumen tratado. Este elevado consumo energético no sólo impacta de forma notable al proceso en cuanto a rentabilidad económica, sino que lo hace fuertemente sobre la sostenibilidad ambiental del mismo.

Los valores de energía consumidos son variables puesto que dependen de la conductividad del agua a tratar y el nivel de eliminación deseado de materia orgánica, es factible encontrar por tanto valores en el rango 10-1000 kWh·m3. Sin necesidad de operar en el valor máximo del rango anterior, queda claro que empleando energía de red y para efluentes degradables donde la electroxidación y los procesos biológicos son tecnológicamente viables, la electroxidación deja de ser económicamente competitiva puesto que el consumo neto de energía en una planta convencional de tratamiento de aguas residuales urbanas se encuentra en el orden de los 0,7 kWh·m3.

De la lista de los 10 principales problemas a los que se debe enfrentar la humanidad en los próximos 50 años, los cuatro primeros son: energía, agua, alimentos y medioambiente.