El gran banquete, por el Doctor del Agua D. Juan José Salas.

El gran banquete: la depuración de las aguas residuales como nunca antes se ha contado

MÉDICO DEL AGUA y DOCTOR EN QUÍMICA. Director de Servicios Tecnológicos de la Fundación CENTA. 36 años de experiencia en el tratamiento de las aguas residuales, especialmente de los vertidos generados en las pequeñas aglomeraciones urbanas.

La siguiente ecuación bioquímica (elegante pero fría), describe el tratamiento biológico de las aguas residuales, vía aerobia:

COHNS + O2 + Bacterias  CO2 + H2O + NH3 + Nuevas bacterias + Energía

Una ecuación bioquímica, elegante pero fría, describe el tratamiento de las aguas residuales

En ella, COHNS representa los principales elementos químicos presentes en las aguas a tratar, que son oxidados bioquímicamente, con el concurso de bacterias, para obtener los correspondientes productos de oxidación, energía y nuevas bacterias (a las que familiarmente llamaremos lodos o fangos).

De forma gráfica, y simplista, podemos decir que juntamos en un reactor biológico tres ingredientes básicos (agua residual, bacterias y oxígeno) en las debidas proporciones, para obtener dos corrientes finales: agua depurada y lodos. Quedando retenidos en estos lodos una gran parte de los contaminantes inicialmente presentes en las aguas.


El tratamiento aerobio de las aguas residuales

Si bien, esta es la versión oficial del tratamiento aerobio de las aguas residuales, de un tiempo a esta parte, en las numerosas ocasiones en que hablo sobre este tema en el ejercicio de mi bendita profesión de Médico del Agua, recurro a un símil, que quizá no sea tan elegante como la anterior ecuación bioquímica, pero que estimo que sí que es más cálido y cercano. Este símil queda recogido en la siguiente figura.


El tratamiento aerobio de las aguas residuales desde otro punto de vista

Ahora, el clásico reactor (o cuba biológica) se convierte en un salón de celebraciones, en el que los comensales son las bacterias y las viandas la parte biodegradable de las aguas residuales. Un aparato de aire acondicionado se encarga de que los comensales se encuentren a gusto, para llevar a cabo su ingente tarea gastronómica.

“Ahora el reactor biológico se convierte en un salón de celebraciones”

En estas condiciones, los comensales, una vez saciado su voraz apetito, se entregan desenfrenadamente a reproducirse (en condiciones apropiadas pueden dividirse cada 15-30 minutos, cifras que ya quisiéramos los futuros pensionistas para la tasa de natalidad en España). Al mismo tiempo, los comensales van desarrollando fuertes vínculos unos con otros, lo que les facilita la formación de agregados (flóculos) más densos que el agua. Esto permite, en una última etapa, la separación por acción de la gravedad de estos agregados (lodos), de las aguas ya tratadas.

Según la disposición de los comensales en el salón, se distinguen dos tipos básicos de banquetes: aquel en los que los comensales se encuentran de pie, lo que fomenta su movilidad y la búsqueda de las apetecidas viandas, y otro, más clásico, en los que los comensales se encuentran cómodamente sentados (formando un biofilm) y son las viandas las que van pasando ante sus ojos. Para este último tipo de banquete me vienen a la memoria imágenes de la película “El festín de Babette”, y quién sabe si el término biofilm tendrá algo que ver con esto.

Cuando los comensales están de pie, los técnicos del agua hablan de sistemas de biomasa en suspensión (lodos activos en sus diversas modalidades), mientras que cuando se encuentran sentados se habla de sistemas de biomasa adherida (lechos bacterianos, CBR, MBBR).

Los comensales que se mantienen de pie, con el tiempo (unas 6 -24 horas, dependiendo de la modalidad del tratamiento), son arrastrados hacia la zona de salida del salón, por lo que para mantener una relación dada entre viandas y comensales (la famosa carga másica), se procede a devolver al salón a parte de los comensales (recirculación). Aquí el destino, como en la propia vida humana, juega un papel importante, agraciando a los comensales con suerte dispar, pues mientras algunos pasan varias veces por el salón para disfrutar de las ricas viandas, a algunos tan solo se les permite saciarse en única ocasión.

A los comensales que abandonan definitivamente el salón, por si fuera poca su desgracia, se les antepone el temible ex- (de connotaciones tan negativas), y despectivamente se les denomina a partir de este momento fangos o lodos en “ex-ceso”.

Cuando los comensales se encuentran cómodamente sentados, formando parte del biofilm, llega un momento en que ya no hay sillas para todos, por lo que algunos deben levantarse de la mesa, salen del salón y acaban como lodos en “ex-ceso”. En este caso, dada la gran cantidad de invitados que siguen sentados a la mesa, no se requiere la recirculación de comensales al salón de celebraciones.

En este especial banquete, el responsable de su celebración (operador de EDAR/PTAR), no debe preocuparse por la concurrencia de comensales y viandas, pues ambos acuden de forma continua y conjunta al salón. Su preocupación, especialmente por el coste que ello supone, se centra en mantener en operación el aparato de aire acondicionado, requisito imprescindible para preservar las condiciones aerobias requeridas por los comensales.

A este tipo de tratamientos de las aguas residuales se ha acordado denominarlos intensivos, en referencia a la poca superficie que requiere el salón para el consumo de una gran cantidad de viandas. El aporte continuo de aire (21% de oxígeno), acelera la elegante (pero fría) ecuación bioquímica del comienzo, lo que hace que el espacio requerido para el salón de celebraciones sea reducido. Como desventaja, aparte del elevado consumo energético para el aporte del oxígeno, este ir más rápido genera una mayor cantidad de residuos (los lodos o fangos en “ex-ceso”).

Pero también existe otro tipo de celebraciones en las que no se recurre al empleo de equipos de aire acondicionado, sino que se deja el necesario y vital aporte de oxígeno en manos de sistemas naturales. Esto no debe sorprendernos, pues no olvidemos que, hoy por hoy, el oxígeno que respiramos proviene de uno de estos sistemas (fotosíntesis).


Bacteria en un tratamiento extensivo apañándose el oxígeno de forma natural

En este caso, la elegante (pero fría) ecuación bioquímica, transcurre a velocidad natural, los comensales son menos ávidos a la hora de devorar las viandas, lo que hace necesario el disponer de salones más amplios. Ahora, el ahorro del responsable del salón en aire acondicionado, se contrapone con lo se debe gastar en adquirir un salón más espacioso. A este tipo de tratamientos los denominamos extensivos, en alusión a sus mayores requisitos de superficie.

Vamos terminando estimado lector y me gustaría conocer su opinión. ¿No le parece que esta forma de explicar el tratamiento aerobio de las aguas residuales es más cálida y cercana que la clásica y elegante (pero fría) ecuación bioquímica?

P.D.1. Al igual que el alimento de los artistas es el aplauso de su público entregado, para los blogueros de iAgua nuestro sustento espiritual son los “pinchazos” al corazón que aparece junto a nuestras publicaciones. Dado que si ha llegado hasta aquí, esto no le va a suponer mucho esfuerzo, y a mí me motivaría enormemente para ir maquinando mi próximo post, le agradecería que me “pinchase” el corazón. Eso sí, no olvide que antes debe estar registrado, e iniciar sesión.

P.D.2. Agradezco a Antonio López su colaboración artística en la confección de las bacterias de plastilina, que se muestran en la foto de cabecera.

P.D.3. Si desea ampliar conocimientos al respecto, no deje de leer: “Manifiesto bacteriano en defensa de nuestro reconocimiento”.

Fuente: https://www.iagua.es/blogs/juan-jose-salas/gran-banquete-depuracion-aguas-residuales-como-nunca-antes-se-ha-contado

El uso del ozono en el lavado de fruta y verdura

PROPUESTA DE LAVADO DE FRUTAS Y HORTALIZAS MEDIANTE OZONO

OBJETIVOS

El objetivo a conseguir mediante el proceso de lavado de fruta, es la reducción o eliminación de pesticidas y microorganismos que porta la fruta en su piel y que son los responsables de parte de las mermas de la propia fruta en los procesos de comercialización, producidas por enfermedades que se encadenan algunas veces desde el inicio de la recolección.

El lavado o enjuague de la fruta sólo con agua, es un sistema puramente de arrastre, reduce pesticidas y parásitos por el efecto que ejerce el movimiento del agua sobre la fruta, este sistema no es muy efectivo, por lo que se suele consumir más volumen de agua para obtener mayor eficacia, además hay que añadirle el problema del agua de vertido, ya que esta agua queda contaminada por los pesticidas y microorganismos que ha eliminado de la fruta.

Si añadimos detergentes al agua sigue siendo un tratamiento de arrastre, ya que no ejerce por sí mismo un efecto desinfectante y oxidante importante como para obtener una total eliminación de microorganismos tales como bacterias, virus, mohos, esporas, etc. Por lo tanto, no se utiliza un método por oxidación de pesticidas, sino que en su lugar el consumo del agua suele ser bastante elevado para tal fin; además hay que tomar en consideración, en este caso, el problema que supone el vertido del agua residual.

Una vez expuesto el evidente problema con el que se encuentra el proceso de la fruta,  nosotros planteamos una alternativa, y esta posibilidad es aprovechar las insuperables prestaciones que ofrece el ozono como oxidante.

Bailey y Col. en 1975 indica que el ozono puede oxidar ligaduras múltiples de carbono olefínico y carbono y carbono acetilénico, moléculas aromáticas, carbo-cíclicas, heterocíclicas, ligaduras carbono-hidrógeno en alcoholes, éteres, aldehidos, aminas, e hidrocarburos; ligaduras silicio-carbono, silicio-silicio, y silicio-hidrógeno y varios tipos de ligaduras carbono-metal.

Se pueden resaltar como aplicaciones del efecto oxidante del ozono las siguientes:

  1. Eliminación de hierro y manganeso.
  2. Eliminación de color, sabor, y olores desagradables.
  3. Mejoras en las etapas de floculación.
  4. Destrucción de algas y control de su desarrollo.
  5. Oxidación y eliminación de fenoles.
  6. Eliminación de detergentes.
  7. Oxidación de pesticidas
  8. Eliminación de colorantes.
  9. Eliminación de compuestos nitrogenados.
  10. Eliminación de metales disueltos.
  11. Etc.

ELIMINACIÓN DE PESTICIDAS

La ozonización de compuestos disueltos en agua por sí misma puede constituir un proceso de oxidación avanzada en el que interviene el radical hidroxilo procedente de la descomposición de ozono catalizada por ión hidroxilo, o bien iniciada por la presencia de trazas de otras sustancias, como cationes de metales de transición.

En un proceso de ozonización hay que considerar dos posibles vías de acción oxidante: la directa debida a la reacción entre el ozonoy los compuestos disueltos y la radical derivada de las reacciones entre los radicales generados en la descomposición del ozono (radical hidroxilo) y los propios compuestos disueltos. La combinación de ambas vías para la eliminación de compuestos dependerá de la naturaleza de los mismos, del pH del medio y de la dosis de ozono.

Por otra parte, los procesos de ozonización han sido ampliamente estudiados habiéndose establecido modelos cinéticos y siendo numerosas las investigaciones sobre ozonización de compuestos individuales. Como ejemplo, en la tabla siguiente se indican algunos resultados concernientes  a la ozonización de pesticidas.

 

PESTICIDA

Concentración
inicial

Dosis de ozono
Mg/l-1

PH

Degradación
%

Aldrin

20 mg.l-1

3,7

95

DDT

26 mg.l-1

4,15

94

Dieldrin

1,3mg.l-1

149

6,6-9,8

99

Lindano

503mg.l-1

149

6,9-9,8

90-100

Malathion

1003mg.l-1

1-5

38-85

Parathion

873mg.l-1

0-5

100

2,4D

223mg.l-1

61,8

100

MCPA

0,5-453mg.l-1

3,5-8

18-78

MCPB

183mg.l-1

4,35

8

99

Propoxur/Baygon

443mg.l-1

5,3

99

Carbaryl/Sevin

213mg.l-1

25

100

Amitrol

153mg.l-1

5,1

100

Atrazina

63mg.l-1

14,9

5,5

100

Diuron

33mg.l-1

4,5-9

1,5-11,2

100

PCP

703mg.l-1

10

99

 

CONCLUSIÓN

Como se ha descrito a lo largo de todo el manual, el ozono es un elemento que reacciona muy rápidamente con una gran variedad de microorganismos, al mismo tiempo, con todo tipo de materia orgánica e inorgánica susceptible de oxidación, además su condición de elemento inestable hace que en sus tratamientos no se generen subproductos indeseables y típicos de otros sistemas. Todos estos hechos constatan que el ozono es prácticamente el mejor desinfectante y oxidante, siendo además respetuoso con el medio ambiente.

Invernaderos más sanos

La Fotocatálisis Heterogénea y ozonización

El proceso fotocatalítico se basa en la irradiación de una parte del espectro solar (preferiblemente ultravioleta) de suspensiones de óxidos semiconductores, generalmente dióxido de titanio y zinc en presencia de las especies contaminantes que se quiere degradar (tanto compuestos orgánicos como inorgánicos). La gran variedad de contaminantes que pueden ser eliminados mediante este tipo de tratamientos y la posibilidad de utilizar radiación solar hacen de la fotocatálisis heterogénea una técnica de gran potencial para un futuro sostenible. Igualmente, las nuevas tecnologías en iluminación (diodos led de ultravioleta) pueden permitir la irradiación de los semiconductores de forma continua con un bajo coste energético y optimizando el proceso fotocatalítico, pues podemos ser selectivos con la longitud de onda optima para maximizar el resultado en lo que a degradación de compuestos orgánicos se refiere.

 

 

 

Pues bien, dándole algunas vueltas a la cabeza se me ocurrió que en los invernaderos su aplicación podría ser muy interesante. Normalmente los tres vectores de transmisión de enfermedades en los invernaderos son el agua, el aire y los insectos en el proceso de polinización. Las tres actuaciones que propongo son:

  • Previo al tratamiento del agua de riego se pueden tratar los suelos antes de realizarse la plantación, con agua saturada en ozono y previo a un riego con agua que contiene peróxido de hidrógeno a unas concentraciones entorno los 20-40 mg/l de agua de riego. Una de las propiedades del ozono es la activación en frio del peróxido de hidrógeno, por lo que, mediante una tecnología totalmente limpia, desinfectamos el suelo de cultivo o sustrato usado para ese fin. Los subproductos del proceso oxidativo suelen ser oxígeno y moléculas de agua además de subproductos de la oxidación de compuestos orgánicos.
  • Para el tratamiento del agua de riego, su desinfección y evitar la propagación de enfermedades de origen vírico, fúngico o bacteriano, se puede hacer mediante una cámara de radiación (radiación solar y led) con un elemento filtrante impregnado en nanopartículas de bióxido de titanio, de forma que el agua fluye a través de dicho lecho y tras un tiempo estimado dicha agua pasa a estar en condiciones perfectas para su uso en el riego del invernadero, es decir libre de patógenos.
  • Por último, para minimizar los efectos del ultimo vector de transmisión de enfermedades, los insectos voladores que existen dentro del invernadero, se puede colocar en distintos lugares del invernadero un sistema consistente en led ultravioletas de una determinada longitud de onda, los cuales están dentro de una cámara a la que se le ha adherido un material filtrante impregnado en nanopartículas de bióxido de titanio, de forma que cada vez que los insectos se aproximen a dicha cámara, debido a la acción de la luz ultravioleta (no germicida) y el efecto fotocatalítico, se minimice la acción de transmisión de los insectos voladores.

La fotocatálisis heterogénea se presenta, por tanto, como una técnica alternativa de tratamiento y control de enfermedades en los invernaderos, siendo una tecnología limpia, económica y sostenible.

Si desean mas información no duden en contactarme, estaré encantado de compartir ideas y si las consideras de interés para iniciar un proyecto de I+D puedes contar con mi colaboración o bien solamente “tomar” la idea y trabajarla por tu cuenta. Lo importante es avanzar en sostenibilidad, ahorro de costes y eficiencia en la productividad de los invernaderos.

El mundo de las ideas, si nos lo proponemos y no tenemos complejos, puede ser inagotable.

Busco apoyos para compartir idea

Actualmente trabajo en el diseño de un fotobioreactor para cultivo de microalgas. Se trata de un sistema de cultivo controlado (aislado para evitar la contaminación) y que usa renovables.

La idea es que se puedan controlar parámetros tales como temperatura, iluminación, etc. El sistema es cerrado y los costes teóricos energéticos mucho más bajos que en los sistemas tubulares, siendo posible el funcionamiento con energías renovables, lo cual permite reducir mucho los costos de producción.

El sistema es escalable bidimensionalmente, lo que lo hace muy interesante para cultivos a gran escala.

Ya tengo realizada la patente de dicho fotobioreactor

Busco empresas interesadas en dicho desarrollo, por no disponer de los recursos necesarios. Si los datos previos, que he realizado, son ciertos, podría abrir masivamente el mercado de la agroalimentación.

La electricidad debería de ser accesible y asequible

La electricidad debería de ser accesible y asequible para todos, pero la realidad a nivel mundial dista mucho en muchísimas zonas, es un problema a escala mundial.

Muchos millones de personas no disponen del recurso electricidad y otros muchos millones usan sistemáticamente generadores que son contaminantes y es una forma de producir energía eléctrica a un alto coste. Sin embargo, más del 71% del planeta está cubierto de agua que se mueve lentamente en ríos, canales y corrientes oceánicas.

Existe un mercado global enorme e intacto para proporcionar electricidad donde no está disponible, y también para reemplazar los millones de generadores de combustible que actualmente suministran energía a un costo muy elevado económico y medioambiental.

LA SOLUCIÓN:

WATEROTOR

Waterotor es una empresa canadiense que pretende abordar esta coyuntura en el mercado global creando una nueva era revolucionaria de energía eléctrica de bajo costo en casi todas partes. Desarrollado en los últimos 5 años, ahora está probada y listo para su fabricación, véanlo.

Waterotor llena el vacío del mercado que existe para un sistema de energía renovable sumergido en agua completamente, incluso llega a tener un mínimo rendimiento con velocidades mínimas de o,89 m/s.  Waterotor es una tecnología avanzada, definida, patentada, probada y escalada.

Ningún otro dispositivo de obtención de energía del agua ha logrado producir un equivalente de tan alta energía operando a velocidades del flujo del agua muy bajas, llegando hasta valores de 0,89 m/s. Waterotor produce constantemente electricidad, con el sistema de conversión incorporado directamente y sellado, para ser sumergido en todos aquellos lugares donde existen corrientes oceánicas, ríos, canales, etc.

Esta invención única se debe a la forma en que Waterotor alcanza el par máximo, lo que da lugar a un alto coeficiente de potencia. El generador convierte la energía de los momentos de torsión del agua que fluye a baja velocidad,  en contraste con los sistemas con palas de hélice o alas que requieren velocidades de flujo mucho más altas para lograr o igualar el mismo coeficiente de potencia, estos últimos necesitan velocidades mínimas entorno a los 4 m/s para obtenerse resultados análogos.

El agua tiene 830 veces más energía que el viento, por lo que un dispositivo pequeño en el agua puede aprovechar económicamente una gran cantidad de energía durante todo el día. Waterotor es un avance de ingeniería, con importantes ventajas sobre los sistemas tradicionales, por ello se supone que será una tecnología con una gran penetración en los mercados globales.

¡Os imagináis en zonas como el estrecho del mediterráneo la cantidad de energía que podría obtenerse¡, siempre y cuando no existiese  impacto medioambiental digno de consideración.