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Investigador de la UNAM trata agua contaminada usando energía solar

El investigador de la FES Cuautitlán Julio César Morales Mejía y sus colaboradores trabajan para eficientar el uso de este líquido y dar tratamiento a aguas residuales

En 2018 la Agenda Ambiental Diagnóstico y Propuestas, proyecto lanzado por la UNAM, estimó que, después de China, México es el segundo país en el mundo que más agua residual cruda utiliza para el riego, pese a su alto contenido de contaminantes químicos y patógenos no controlados.

Además, en su apartado “Problemática y política del agua”, se afirmó que urge implementar proyectos para la gestión del agua en nuestro país, pues el crecimiento poblacional de las ciudades ha generado desabasto en todos los sectores. Aunado a esto, sólo el 57% de las aguas residuales municipales colectadas son tratadas y el 50% de ellas presentan una calificación global de pésimo a mal funcionamiento.

Ocupado en eficientizar el uso de este líquido y dar tratamiento a aguas residuales, el doctor Julio César Morales Mejía, investigador del Laboratorio de Ingeniería Química Ambiental y Fotoquímica de la FES Cuautitlán, y sus colaboradores trabajan en el diseño de implementos a base de energía solar.

El contexto y la investigación

La emergencia global debida al cambio climático ha provocado que en la actualidad replanteemos nuestras acciones para reducir el impacto medioambiental, particularmente por la emisión de gases de efecto invernadero, apostando entonces por el uso de energías renovables en sustitución de los combustibles fósiles. Ejemplo de ello es la energía solar.

De acuerdo con la Secretaría de Energía, este recurso, de forma directa e indirecta, es el origen de varias de las fuentes de energías renovables (eólica, biomasa y otras más), ya que la cantidad de energía solar que la Tierra recibe en 30 minutos es equivalente a toda la energía eléctrica consumida por la humanidad en un año.

Aunque puede transformarse en electricidad mediante el uso de celdas solares y módulos fotovoltaicos, en este proyecto los universitarios buscan aprovecharla de forma ligeramente concentrada para el tratamiento de agua, ya que según reportes recientes de la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas de la Universidad de Chile (UChile) y del Instituto de Ingeniería (IIUNAM), se encontraron concentraciones de hasta 20 μg/I de triclosán, resorcinol y otros fármacos en agua potable y de pozos.

A propósito de este hallazgo, el doctor Morales Mejía afirma que, con aplicaciones correctas, la energía solar puede ser un elemento que apoye la limpieza de aguas que han sido contaminadas por diferentes sustancias, particularmente por aquellas que se denominan Contaminantes de Preocupación Emergente (CPE).

“La luz solar es una energía directa, primaria, abundante y barata. A partir de ella podemos realizar la descontaminación del agua de remanentes diluidos y contaminantes que escapan a la potabilización, incluso con la radiación solar podríamos implementar estas dinámicas desde casa, en el ámbito comercial o industrial”, aseguró.

Con este propósito, el académico ha trabajado arduamente promoviendo las ventajas de la explotación de dicho recurso (el ahorro económico y el beneficio medioambiental), llevando a cabo procesos basados en el uso de reactores fotoquímicos y fotocatalizadores para limpiar el líquido de distintos contaminantes, tanto orgánicos como químicos.

Una planta de tratamiento de agua que funciona con fotocatalizadores

Esta aplicación la llevó a cabo con la creación de varios reactores para el tratamiento fotocatalítico solar de agua, aplicados a una pequeña instalación que funciona como planta de tratamiento, ubicada a un costado del Centro de Idiomas en el Campo Uno de la FES Cuautitlán.

Ahí se han realizado exitosamente procesos de tratamiento avanzado del agua basados en colectores de parábola compuesta (CPC), con concentración unitaria de la radiación ultravioleta solar. Para descontaminar emplean la fotocatálisis heterogénea solar, a partir del uso de materiales denominados fotocatalizadores (óxidos y sulfuros).

Como parte del procedimiento, el grupo de trabajo coloca los fotocatalizadores al lado del agua de un reactor, exponiéndolos a una fuente de luz adecuada (la del sol). “La energía ultravioleta activa el fotocatalizador y genera una especie de reacciones químicas altamente reactivas, llamadas radicales hidroxilo, responsables de oxidar los contaminantes orgánicos de forma gradual y así se limpia el agua residual haciéndola potable”, explicó el doctor Morales.

“Regularmente trabajamos con dióxido de titanio (TiO2) como fotocatalizador, semiconductor activado con fotones ultravioleta, que puede provenir de la radiación solar”, agregó.

En esta planta hay reactores fotoquímicos que, en cantidades pequeñas, tratan de uno a dos litros, mientras que los más grandes manejan de 20 a 100 litros en cada ciclo de tratamiento. Un factor importante para el éxito e implementación de este proyecto es la capacitación a la comunidad sobre el adecuado manejo de fotocatalizadores y fotorreactores, para evitar que los materiales se contaminen.

A través de este método, los universitarios han logrado eliminar eficientemente compuestos como el triclosán, un potente agente antibacteriano y fungicida presente en algunos desinfectantes de manos que, en caso de ser ingerido, puede causar enfermedades graves. También se han desecho de la presencia de fármacos, plaguicidas y edulcorantes, entre otros CPE que tienen de 30 a 40 años emitiéndose al ambiente mediante las aguas residuales.

Sumado a su eficacia, otras de las ventajas de este proceso son su estabilidad química, su bajo costo y la aceptable inocuidad para los seres vivos, en especial, si los fotocatalizadores son utilizados como partículas micrométricas o películas depositadas sobre materiales como diatomitas, zeolitas, silica, tezontle, o esferas de vidrio, con lo que se incrementa su practicidad debido a la mayor eficacia para recuperar el fotocatalizador del agua tratada.

Para perfeccionar este sistema, el grupo de trabajo se encuentra desarrollando un mecanismo que dé funcionamiento a un reactor fotocatalítico energéticamente autónomo, con el objetivo de evitar el uso de energía eléctrica.

Asimismo, los universitarios siguen estudiando la implementación de la microescala en la medición de los parámetros rutinarios de calidad del agua (nitratos, fosfatos, DQO, etcétera), ya que luego de medir los contaminantes se generan residuos peligrosos.

Hasta el momento han adaptado exitosamente los métodos de normas técnicas, lo que permitió disminuir de forma considerable la generación de dichos remanentes y el costo por cada cuantificación, conservando el desempeño del método de análisis. “Resulta contradictorio depurar el agua y al mismo tiempo generar residuos bastante poderosos durante la medición del desempeño del proceso de tratamiento”, explicó el líder de esta innovación.

Además, en el Laboratorio de Ingeniería Química Ambiental y Fotoquímica, se desarrolla simultáneamente la depuración fotocatalítica solar de agua contaminada, la adaptación a microescala de parámetros de calidad y otros procesos para separar el agua de los materiales que les ayudan a purificarla.

Por el apoyo otorgado, el doctor Morales agradece a la UNAM, a los académicos con los que colabora y a sus alumnos, quienes han recibido apoyo del Programa de Apoyo a Proyectos para Innovar y Mejorar la Educación (PAPIME), el Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica (PAPIIT) y el Programa Interno de Apoyo para Proyectos de Investigación de la Facultad (PIAPI).

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