Inteligente, La ingeniería fundamental podría contribuir en gran medida a prevenir las enfermedades transmitidas por el agua y la exposición a sustancias cancerígenas en el agua.

La mayoría de nosotros estamos acostumbrados a abrir un grifo y salir agua. Rara vez nos preguntamos si esto sucederá o si el agua está lo suficientemente limpia para bañarse o beber. Aunque el proceso de mantener la calidad del agua es prácticamente invisible para la mayoría de nosotros, La eliminación de bacterias y contaminantes del agua requiere un gran esfuerzo tanto por parte de los seres humanos como de los sistemas de tratamiento.

Mohammad Alizadeh Fard, un estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de Michigan Tech, y Brian Barkdoll, profesor de ingeniería civil y ambiental, están desarrollando baja tecnología, soluciones asequibles para mejorar la calidad del agua en los tanques de agua municipales, y eliminar microcontaminantes del agua utilizando materiales renovables.

Su investigación se ha publicado en tres revistas: Revista de ingeniería hidráulica , Revista de líquidos moleculares , y Coloides y superficies A —Con un cuarto artículo pendiente de revisión. Su trabajo demuestra que las soluciones a problemas molestos pueden ser elegantes en su simplicidad.

Un elegante Solución de baja tecnología

En comunidades de todo el país, hay grandes tanques de almacenamiento de agua para uso municipal. Muchos de estos tanques tienen una línea para suministrar agua al tanque, y una línea de salida. Sin embargo, estas líneas de entrada y salida se encuentran con frecuencia en el fondo del tanque. Aunque los tanques se llenan a diario, el agua en la parte superior del tanque nunca se usa y se estanca. Aunque muchos suministros de agua municipales se tratan con cloro, la capa superior de agua puede convertirse en un caldo de cultivo para las bacterias, algas o enfermedades transmitidas por el agua, como giardia y E. coli.

"Si el agua no se mueve, (bacterias y algas) pueden empezar a crecer, "Dice Barkdoll." Puede que no sea originalmente de la fuente de agua; podría ser desde el aire. O el cloro del agua estancada podría agotarse después de algún tiempo. Quieres que el agua siga moviéndose especialmente en las regiones cálidas del país ".

Pero si hay un gran incendio en la comunidad o en el campo circundante, el depósito de agua se ha reducido considerablemente, y luego la gente bebe el agua estancada.

"Entonces, cuando tienes un incendio, toda el agua estancada sale a la casa de todos, "Dice Barkdoll." Después de un incendio, la gente se enferma, eso es algo conocido. Ese es el problema que estamos tratando de solucionar ".

Para solucionar el problema, Alizadeh Fard y Barkdoll crearon accesorios en forma de cabezal de ducha que se pueden agregar a tanques de agua nuevos o existentes por un costo mínimo. Agregar un rociador de tubería de PVC en la parte superior del tanque, y un rociador inverso en el fondo del tanque, inyecta agua en el sistema y mantiene toda el agua en circulación. Alizadeh Fard y Barkdoll publicaron su artículo sobre este sistema simple pero efectivo en el Journal of Hydraulic Engineering el 15 de marzo. Esperan que sea una solución de baja tecnología fácil de adoptar por los gerentes de calidad del agua.

Amenaza invisible:microcontaminantes

Pero los contaminantes orgánicos no son la única fuente de agua contaminada. Pocos sistemas municipales están equipados para manejar microcontaminantes, como productos farmacéuticos, hormonas microplásticos, nanopartículas en calcetines y vellón sintético, y compuestos antifúngicos, incluso tipos de desechos industriales que están presentes en concentraciones muy bajas. A pesar de las pequeñas cantidades (meros microgramos) de estos contaminantes en el agua, todavía tienen efectos cancerígenos en seres humanos y criaturas acuáticas. La modernización de las plantas de tratamiento para filtrar microcontaminantes es costosa, liderando a Barkdoll y Alizadeh Fard para explorar posibles soluciones.

"Estos contaminantes tienen efectos a largo plazo sobre la salud, "Dice Alizadeh Fard." La mayoría de nuestras plantas de tratamiento no han sido diseñadas para eliminarlas del agua, por eso es importante encontrar una solución confiable para abordar el problema ".

A los investigadores se les ocurrió la idea de adsorber los contaminantes del agua. La adsorción ocurre cuando las moléculas se adhieren esencialmente a una superficie. El primer método que probaron Alizadeh Fard y Barkdoll fue utilizar nanopartículas magnéticas recubiertas de polímero para adsorber Tonalide (que se usa para enmascarar los olores y que se encuentra a menudo en los detergentes), Bisfenol-A (mejor conocido como BPA, utilizado para hacer plásticos claros y duros), Triclosán (un agente antibacteriano y antifúngico utilizado en productos de limpieza que ahora está prohibido), Metolaclor (un herbicida), Ketoprofeno (un antiinflamatorio) y Estriol (un suplemento de estrógeno).

Las nanopartículas magnéticas recubiertas de polímero fueron más efectivas para adsorber ketoprofeno y BPA, eliminar los contaminantes en 15 minutos con una eficacia del 98 y el 95 por ciento, respectivamente, con sólo 0,1 miligramos de adsorbente.

Pero, ¿qué sucede una vez que las nanopartículas han hecho su trabajo? Debido a que el adsorbente es magnético, los investigadores pueden utilizar imanes para eliminar las nanopartículas del agua.

Barkdoll y Alizadeh Fard dicen que uno de los componentes clave de su trabajo es que los adsorbentes son reutilizables una vez enjuagados con una solución restauradora de metanol. En el laboratorio, las nanopartículas recubiertas de polímero se restauraron y se utilizaron de nuevo cinco veces antes de ver una disminución de la eficacia.

Los investigadores también han utilizado nanotubos de carbono magnético y carbón activado como absorbentes. Durante las pruebas de laboratorio, las nanopartículas recubiertas de polímero han demostrado hasta ahora ser las más eficientes.

Próximos pasos:validación empírica de la investigación

Los investigadores dicen que la siguiente fase es la ampliación para su uso en plantas de tratamiento de agua. Eliminar los microcontaminantes del agua utilizando tecnología que sea sostenible y asequible ofrece el potencial de proteger la salud humana y acuática sin necesidad de reacondicionar costosas plantas de tratamiento.

Desafortunadamente, algunos de los mayores problemas de la humanidad son los de su propia creación. Pero la tecnología pionera y la validación para resolver problemas creados por el ser humano ha sido una providencia desde hace mucho tiempo y sin duda continuará.

"Los ingenieros civiles y ambientales tendrán que manejar lo que la sociedad nos dé, ", Dice Alizadeh Fard." Tendremos que eliminar las nanopartículas, y otras cosas como los opioides. Es un tema que tenemos que discutir política y socialmente también ".