Hace miles de millones de años, cuando la atmósfera de la Tierra apestaba a gases irrespirables, los microbios evolucionaron en ausencia de oxígeno. A medida que la Tierra maduraba y se formaba la atmósfera de nitrógeno y oxígeno, estos anaeróbicos, o con aversión al oxígeno, las bacterias se retiraron al lodo del fondo del océano y otros entornos donde estarían a salvo del aire rico en oxígeno.

Ahora, los ingenieros ambientales de Stanford, Craig Criddle y Bill Mitch, están poniendo a trabajar estos microorganismos ancestrales en la demostración más grande de un proceso de tratamiento de aguas residuales más rentable. apoyado por una subvención de $ 2 millones de la Comisión de Energía de California (CEC). En la actualidad, plantas más pequeñas basadas en bacterias anaeróbicas tratan aguas residuales en Corea del Sur y en el campus de Stanford.

Trabajando en estrecha colaboración con ingenieros ambientales de Silicon Valley Clean Water (SVCW), una empresa de tratamiento de agua, el equipo de Stanford ayudará a construir y operar una pequeña planta de tratamiento anaeróbico en Redwood Shores, California, junto con la enorme planta convencional que purifica las aguas residuales para un cuarto de millón de personas y empresas desde Redwood City hasta Menlo Park.

El grupo ha iniciado la construcción de la planta de demostración, que está programado para entrar en funcionamiento en el otoño de 2018. Eventualmente procesará 20, 000 galones de aguas residuales por día para proporcionar validación y experiencia operativa para lo que podría convertirse en una planta a gran escala capaz de procesar millones de galones de aguas residuales por día.

"El procesamiento anaeróbico puede reducir el uso de energía y disminuir los costos, y hacer que el tratamiento de aguas residuales sea más sostenible ", dijo Criddle, profesor de ingeniería civil y ambiental.

Además de la rentabilidad, los investigadores creen que el procesamiento anaeróbico podría resultar mejor para filtrar los productos químicos domésticos e industriales fuera del flujo de desechos, para que el agua tratada pueda gotear bajo tierra para reponer los acuíferos o incluso, Un día, producir agua lo suficientemente pura para regar el jardín o incluso para saciar la sed.

"El tratamiento anaeróbico es un cambio fundamental en la tecnología de reciclaje de agua, "dijo Mitch, también profesor de ingeniería civil y ambiental.

Aeróbico vs anaeróbico

Por mas de un siglo, El tratamiento de aguas residuales se ha basado en bacterias aeróbicas que necesitan oxígeno para sobrevivir. Las plantas de tratamiento de aguas residuales proporcionan ese oxígeno con enormes y costosos ventiladores eléctricos.

"Ha llegado el momento de un cambio tecnológico, "dijo Eric Hansen, el ingeniero civil formado en Stanford que encabeza la participación de Silicon Valley Clean Water en el proyecto. "Sacar esos sopladores del proceso ayuda a reducir el costo de recuperación de agua y hace que las operaciones de tratamiento municipal sean más sostenibles".

La reducción de costos es solo una de las ventajas del tratamiento de aguas residuales basado en bacterias anaeróbicas, según Sebastien Tilmans, el ingeniero civil que dirige el Codiga Resource Recovery Center en el campus de Stanford. En Codiga, que tiene una versión más pequeña de la tecnología, las bacterias reacias al oxígeno limpian las aguas residuales y expulsan metano. Comúnmente conocido como gas natural, esta producción puede quemarse como combustible o usarse como materia prima química para fabricar plásticos biodegradables. Ese, Tillman dijo:ejemplifica un cambio de pensamiento.

"El concepto de desperdicio no existe en la naturaleza, ", dijo." Cada subproducto de algún proceso natural es un insumo para otro. Todas las cosas que tiramos por el inodoro o las alcantarillas:agua, energía, fertilizante - se puede recuperar como subproductos valiosos del proceso anaeróbico ".

Bienvenido al mundo del metano

La tecnología de tratamiento de agua anaeróbico fue pionera hace décadas por el ingeniero ambiental de Stanford Perry McCarty, ahora profesor emérito. Pero en la década de 1950, cuando empezó a trabajar con estos reacios al oxígeno, bacterias productoras de metano, la energía parecía barata e inagotable. No había ninguna razón de peso para probar una alternativa de ahorro de energía.

Durante las décadas siguientes, a medida que aumentaban los costos de energía y eliminación de biosólidos, El procesamiento anaeróbico se volvió gradualmente más atractivo. En 2008, McCarty ayudó a construir un sistema de tratamiento anaeróbico único en la ciudad surcoreana de Bucheon que demostró ser altamente efectivo para el tratamiento de aguas residuales. En 2016, Los investigadores de Stanford construyeron un sistema un poco más grande en las instalaciones de Codiga, que se convirtió en la primera planta de este tipo en el hemisferio occidental. La nueva planta de demostración en Redwood City será la más grande, y sólo la tercera planta de tratamiento anaeróbico de este tipo en el mundo.

Beneficios posteriores

Una vez en la planta, las aguas residuales pasan a través de un silo de bacterias anaeróbicas que digieren lentamente los desechos. Luego, el agua pasa a través de una membrana de ultrafiltración para eliminar las bacterias y luego está lo suficientemente limpia para el riego de jardines y algunas aplicaciones industriales. Con la ayuda de sistemas de tratamiento avanzados donados por el Distrito de Agua del Valle de Santa Clara y otros, el grupo también examinará la idoneidad del agua para un tratamiento adicional antes de reutilizarla como agua potable.

Además de su eficiencia energética, un sistema de tratamiento anaeróbico necesita menos espacio que las plantas de tratamiento de aguas residuales tradicionales, que requieren tanques enormes y sistemas de filtración más complejos. Una planta anaeróbica a escala industrial podría ser hasta un 40 por ciento más pequeña que una planta convencional y producir al menos un 30 por ciento menos de desechos sólidos. un subproducto que actualmente debe ser tratado y transportado en camiones, generando costos adicionales y gases de efecto invernadero.

Los investigadores estiman que una planta anaeróbica a gran escala capaz de operar a 15 millones de galones por día podría ahorrar hasta $ 3. 000 por día en demanda de energía - $ 1 millón por año - sobre una planta aeróbica comparable. Teniendo en cuenta otros ahorros del proceso más eficiente, los investigadores estiman un ahorro potencial de más de 2 millones de dólares al año.

Mirando hacia el futuro

Además de ahorrar espacio y dinero, los investigadores de Stanford dijeron que su proceso anaeróbico tiene otro beneficio más:la capacidad de digerir fármacos y herbicidas domésticos e industriales poderosos que han demostrado ser difíciles de digerir por las bacterias aeróbicas estándar.

Por eso McCarty cree que el futuro pertenece a los anaerobios resistentes. "Se han adaptado a los entornos más duros de la Tierra, ", dijo." Pueden comer casi cualquier cosa ".

El proyecto de demostración en Redwood Shores está programado para operar hasta marzo de 2021. Si el proyecto continúa y se amplía dependerá en parte de qué tan bien esos microbios que eructan metano estén a la altura de las expectativas de McCarty.

"Creemos que este prototipo de sistema podría beneficiar a los contribuyentes de la electricidad al ofrecer un enfoque sostenible para el tratamiento de aguas residuales si se realiza una demostración exitosa, "dijo David Weightman de la Comisión de Energía de California, que financió este proyecto.

Mientras tanto, los investigadores tienen una visión a largo plazo.

"Estamos proponiendo cambiar una tecnología que no ha cambiado en más de cien años, "Dijo Hansen.