La mayoría de la gente piensa lo menos posible sobre las aguas residuales que se producen diariamente a partir de sus duchas, bañeras, lavamanos, lavaplatos y retretes. Pero con las técnicas adecuadas, puede convertirse en un recurso valioso.

En promedio, todos los estadounidenses utilizan aproximadamente 60 galones de agua por día para fines que incluyen la descarga de inodoros, ducharse y lavar la ropa. Esta cifra puede duplicarse fácilmente si se incluyen también los usos al aire libre, como regar el césped y llenar las piscinas.

La mayor parte del agua usada eventualmente se convertirá en agua residual que debe ser tratado antes de que pueda ser descargado en la naturaleza. Y ese tratamiento consume mucha energía. Según la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU., Las instalaciones de agua y aguas residuales representan Más de un tercio de los presupuestos energéticos municipales..

Mi investigación se centra en recuperando recursos de aguas residuales. Este proceso es difícil porque las aguas residuales contienen muchos tipos diferentes de contaminantes. Pero los investigadores en nuestros campos están explorando muchas formas creativas para hacer productos valiosos a partir de ellos.

Energía a partir de materiales orgánicos.

Los ingenieros de aguas residuales entienden el valor de las aguas residuales, que ven como un activo en lugar de un desperdicio. Es por eso que algunos de ellos lo llaman "agua usada" y se refieren a lo que la mayoría de las personas llaman plantas de tratamiento de aguas residuales como instalaciones de recuperación de recursos hídricos.

De hecho, las aguas residuales pueden contener Más de tres veces la cantidad de energía necesaria para tratarla.. Una técnica simple y madura para recuperar parte de esta energía es digestión anaeróbica, un proceso natural en el que los microorganismos se alimentan de grasa y otros materiales orgánicos en las aguas residuales y producen biogás, al igual que la levadura puede comer cebada y escupir cerveza. Contiene biogas aproximadamente 50 por ciento de metano, que puede utilizarse como combustible renovable para calderas, hornos y sistemas de calefacción o para hacer girar turbinas y generar electricidad.

Técnicas más avanzadas, tales como procesos hidrotermicos, tome el lodo de las aguas residuales (los sólidos eliminados de las aguas residuales durante el tratamiento) y conviértalo en combustibles de base biológica que se puedan usar para reemplazar la gasolina y el combustible diesel. Este proceso se encuentra actualmente en etapa de demostración.

Además del lodo de aguas residuales, muchos investigadores, incluido yo, están muy interesados ​​en las microalgas. Las microalgas son Materias primas prometedoras para los biocombustibles., y algunos de ellos pueden crecer en aguas residuales. Mis colegas y yo hemos diseñado sistemas hidrotermales para Convertir las microalgas de aguas residuales en biocombustibles.. Todavía se están probando en el laboratorio, pero esperamos ampliarlos en un futuro cercano.

Nutriendo los nutrientes de las aguas residuales.

Las aguas residuales también contienen nutrientes como el nitrógeno y el fósforo, que son elementos esenciales que las plantas necesitan para crecer. En los procesos actuales de tratamiento de aguas residuales, usamos energía para convertir amoníaco en las aguas residuales, que viene principalmente de la orina, en gas nitrógeno. Sin embargo, las industrias utilizan grandes cantidades de gas natural para convertir el nitrógeno en amoniaco, principalmente para producir fertilizantes, a través de Proceso Haber-Bosch.

Claramente, sería mucho más eficiente extraer directamente el amoníaco de las aguas residuales sin convertirlo. Una forma es usar inodoros que desvían la orina, que ya son comercialmente disponible, a un Orina separada de otras fuentes de aguas residuales.. Luego, la orina recolectada podría usarse como fertilizante después de desinfectarla para eliminar los patógenos.

La orina desinfectada también contiene otros nutrientes como el fósforo y el potasio. los Instituto de la Tierra Rica, una organización sin fines de lucro con sede en Vermont apoyada por agencias y fundaciones federales, está investigando formas de convertir la orina humana en fertilizante. El instituto está evaluando la orina recolectada en cultivos reales, y ha encontrado que funciona efectivamente.

Alternativamente, podemos recuperar estos nutrientes como estruvitao fosfato de magnesio y amonio, un mineral que contiene magnesio, nitrógeno y fósforo. La estruvita se puede formar naturalmente durante los procesos de tratamiento de aguas residuales, pero tiende a depositarse en tanques y tuberías y dañará el equipo si se deja desatendido. Al controlar la formación de estruvita, se puede recuperar en reactores separados.

Investigadores han probado estruvita recuperada en cultivos en laboratorios y han logrado rendimientos. comparable a los fertilizantes comerciales. La técnica aún está madurando, pero las empresas están desarrollando. Versiones comerciales para plantas de tratamiento de aguas residuales..

Más posibilidades

¿Quieres cosas más valiosas? Aguas residuales es literalmente una mina de oro. Contiene metales Valorados hasta millones de dólares al año.. Estos metales son a menudo tóxicos para la vida acuática, por lo que deben eliminarse. Pero las tecnologías de eliminación convencionales. Requiere mucha energía y produce lodos tóxicos..

Los investigadores están desarrollando nuevas formas de eliminar y reutilizar estos metales, incluidos los sistemas de membrana que pueden Eliminar selectivamente metales preciosos del agua. y biosistemas que Utiliza microorganismos para recuperarlos.. Estas técnicas se encuentran en una etapa muy temprana y aún no está claro si tendrán sentido económico, pero tienen el potencial de hacer que las aguas residuales sean más valiosas.

Además, las aguas residuales generalmente son más cálidas que las reservas naturales de agua, especialmente en el invierno, por lo que pueden servir como fuente de calor. Esta tecnica es bien establecido y no se limita a escala comercial. Puedes instalar sistemas de recuperación de calor de agua de drenaje en casa para bajar su factura de energía.

Para mí, esto es solo un comienzo. Con las técnicas adecuadas, las “aguas residuales” pueden ofrecernos mucho más, y espero con ansias el día en que no haya “aguas residuales”, solo “aguas usadas”.

Escrito por: Yalin Li, Ph.D. Candidato / Asistente de Investigación, Escuela de Minas de Colorado

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