El ingeniero Jim Smith de la Universidad de Virginia y la Dra. Rebecca Dillingham, codirectores de PureMadi, se muestran con uno de los filtros de agua de cerámica que su empresa fabrica y distribuye en Sudáfrica para comunidades con poco acceso a agua potable. Universidad de Virginia La comida y la vivienda son cruciales para vivir, pero nadie puede sobrevivir mucho tiempo sin agua. Es por eso, desde el comienzo de la historia, Las civilizaciones han vivido cerca de abundantes fuentes de H2O.
Pero no basta con tenerlo en abundancia. La misma agua que da vida también puede enfermar a las personas o incluso matarlas, si contiene sustancias peligrosas o microbios que causan enfermedades. Y dado que la gente usa el agua para actividades como el riego de cultivos, lavado y eliminación de residuos, las fuentes de agua cercanas a una población humana pueden contaminarse fácilmente [fuente:Hassan].
Como resultado, los humanos han intentado purificar el agua durante miles de años. Ya en 1500 a.C., Los egipcios utilizaron el alumbre químico para filtrar los sedimentos en suspensión del agua potable. Pero no fue hasta finales de 1800 y principios de 1900 que los científicos descubrieron que los microbios causaban enfermedades y que el agua podía tratarse con cloro u ozono para eliminarlos [fuente:Agencia de Protección Ambiental].
Si bien el agua que sale de los grifos en la mayoría de los países ahora es limpia y segura, Aproximadamente el 11 por ciento de la población mundial, 783 millones de personas, todavía no tiene acceso a agua potable. según un estudio de las Naciones Unidas de 2012. Entonces, los científicos están desarrollando nuevos métodos para obtener agua y purificarla. Aquí están 10 de las tecnologías más prometedoras.
Una planta desaladora en Omán. El proceso de desalación es caro pero el nuevo proceso de DCMD promete hacerlo más económico y eficiente. Franz Aberham / Elección del fotógrafo / Getty Images Si pudiéramos aprovechar los vastos océanos como fuente de agua potable, todos tendrían más que suficiente. Pero eso significa quitar la sal, lo cual es ineficiente y costoso con la tecnología existente. Es por eso que un nuevo proceso desarrollado por el profesor de ingeniería química del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey, Kamalesh Sirkar, tiene una promesa tan deslumbrante. En el sistema de destilación por membrana de contacto directo (DCMD) de Sirkar, El agua de mar calentada fluye a través de una membrana de plástico que contiene una serie de tubos huecos llenos de agua destilada fría. Los tubos del DCMD tienen poros diminutos, que están diseñados para que puedan ser penetrados por el vapor de agua que se acumula en ellos, pero no por sal. El vapor se difunde a través de los poros y se extrae, para volver a condensarse en agua líquida.
Según Sirkar, Este sistema es extremadamente eficiente:puede producir 80 litros (21 galones) de agua potable por 100 litros (26 galones) de agua de mar. aproximadamente el doble de lo que puede producir la tecnología de desalinización existente. Una posible desventaja de DCMD es que requiere un fuente de calor económica para evitar que la temperatura del agua a ambos lados de la membrana se iguale. Pero existe la posibilidad de que los sistemas DCMD algún día puedan reciclar el calor residual de las fábricas en la costa y las operaciones de perforación petrolera en alta mar. haciéndolo beneficioso para todos [fuente:Greenmeier].
Este filtro de agua de gres Doulton, California. 1880, fue creado en respuesta a la conciencia pública sobre el agua potable contaminada en Gran Bretaña. Hoy dia, la compañía Royal Doulton es más conocida por su porcelana fina, pero todavía produce filtros de carbón y cerámica. Doulton Estados Unidos Los filtros de arcilla cerámica funcionan de manera similar a la tecnología de desalinización descrita en la sección anterior. Básicamente, el agua fluye a través de la arcilla que contiene muchos agujeros realmente pequeños, que son lo suficientemente grandes como para permitir que las moléculas de agua, pero demasiado pequeño para las bacterias, tierra, y otras cosas malas [fuente:Doulton USA]. El primer dispositivo de este tipo fue desarrollado por un alfarero británico, Henry Doulton, a principios del siglo XIX para purificar el agua extraída del Támesis, que estaba tan contaminada con aguas residuales que el cólera y la fiebre tifoidea eran peligros continuos [fuente:Brodrick].
Desde Doulton, otros inventores han mejorado su concepto básico, como agregar recubrimientos de plata para matar bacterias, para que los filtros de cerámica de hoy en día hagan un trabajo aún mejor en la eliminación de patógenos peligrosos. El desarrollo realmente revolucionario, aunque, es que las organizaciones humanitarias no gubernamentales han establecido fábricas para fabricar y regalar un gran número de filtros cerámicos de bajo costo en el mundo en desarrollo.
Un estudio de 2006 encontró que los camboyanos que usaban filtros simples, que son portátiles y no requieren energía para funcionar, redujo la incidencia de enfermedades diarreicas en un 46 por ciento, y la contaminación por E. coli en el agua en un 95 por ciento con respecto a las tasas de 2003 [fuente:Resource Development International - Camboya]
Un inconveniente de estos filtros cerámicos es la velocidad de filtración. El agua se filtra por el filtro de arcilla a una velocidad de solo 2 litros (2,11 cuartos de galón) por hora. Pero el proceso debe ser lento para que la solución de plata tenga tiempo de matar los patógenos. El filtro tampoco elimina productos químicos nocivos como el arsénico.
El tridax procumbens es un miembro de la familia de las margaritas y una maleza muy extendida. También se conoce como la margarita tridax o los botones del abrigo y se parece mucho a esta planta. MARTIN GERTEN / AFP / Getty Images En los EE.UU., Las compañías de agua agregan una pequeña cantidad de fluoruro (entre 0,8 y 1,2 miligramos por litro) al agua potable como una forma de proteger los dientes de las caries. Pero en algunas partes del mundo incluida la India, Oriente Medio y algunos países africanos, el agua ya tiene mucho fluoruro de origen natural, y los niveles pueden ser tan altos que son peligrosos para la salud. En una aldea india por ejemplo, un nivel natural de 5 a 23 miligramos (.00017 a .008 onzas) por litro ha causado que los residentes sufran anemia severa, rigidez en las articulaciones, insuficiencia renal y dientes manchados [fuente:Organización Mundial de la Salud].
Afortunadamente, Investigadores indios ofrecieron una posible solución en un artículo de la Revista Internacional de Ingeniería Ambiental de marzo de 2013. Los investigadores han desarrollado un sistema de filtrado que utiliza una hierba medicinal común, Tridax procumbens, para absorber el exceso de fluoruro del agua potable. La planta, que también se ha utilizado para extraer metales pesados tóxicos del agua, atrae iones de fluoruro cuando el agua pasa a través de él a una temperatura de aproximadamente 27 grados Celsius (80,6 grados Fahrenheit). El filtro potencialmente podría proporcionar un económico, Una forma fácil de usar de hacer que el agua sea segura en lugares donde el suministro contiene un exceso de flúor. Pero también puede ser utilizado por personas en los EE. UU. Y otros países a quienes no les gusta la idea de que se agregue fluoruro al agua [fuente:Science Daily].
Almacenes en el río Elba en Hamburgo, Alemania en la época en que los residentes sufrieron una epidemia de cólera que mató a 7, 500. Hulton Archive / Getty Images La arena y la grava se han utilizado para purificar el agua durante miles de años. y en 1804, un escocés llamado John Gibb diseñó y construyó el primer filtro que filtraba el agua a través de granos de arena para eliminar las partículas más grandes de contaminación. Su tecnología funcionó tan bien que muy pronto, Londres y otras grandes ciudades de Europa lo estaban utilizando para hacer que el agua del río pareciera más clara y tuviera mejor sabor.
A finales del siglo XIX, Los científicos descubrieron que el filtrado también hacía que el agua fuera más segura para beber, ya que las partículas detenidas por el filtrado fueron las que ayudaron a transmitir los microbios que causaban enfermedades transmitidas por el agua. El valor del filtrado se demostró en 1892, cuando la ciudad de Hamburgo, que obtenía su agua potable del río Elba, sufrió una epidemia de cólera que mató a 7, 500 personas, mientras que la vecina ciudad de Altona, donde se filtraba agua del mismo río, escapó casi intacto [fuente:Huisman y Wood].
Pero recientemente, Los investigadores han descubierto cómo recubrir los granos de arena con óxido de grafito para crear una "súper arena" que, según se informa, puede filtrar sustancias nocivas como el mercurio del agua cinco veces más eficazmente que la arena común. El trabajo continúa encontrando formas de hacer que la súper arena absorba aún más contaminación, y eventualmente usarlo en países en desarrollo donde los suministros de agua están peligrosamente contaminados [fuente:Science Daily].
Un profesor de química ha ideado un sistema para eliminar el arsénico del agua potable utilizando botellas de bebida picadas como estas. Hans-Peter Merten / Banco de imágenes / Getty Images Si has visto la comedia negra cinematográfica de la década de 1940 "Arsenic and Old Lace, "en el que un par de solteronas bien intencionadas se encargan de sacar a los ancianos solitarios de su miseria dándoles vino de saúco mezclado con arsénico, sabes que esta última sustancia es bastante mala. Cuando contamina el agua potable, el arsénico puede causar vejiga, cáncer de pulmón y piel, además de dañar el sistema nervioso, corazón y vasos sanguíneos [fuente:National Resources Defense Council].
Desafortunadamente, Casi 100 millones de personas en los países en desarrollo están hoy expuestas a niveles peligrosamente altos de arsénico en el agua. y no pueden pagar el complejo costosos métodos de purificación utilizados en los EE. UU. para deshacerse de él. Sin embargo, una nueva tecnología puede ofrecer una solución. El profesor de química de la Universidad de Monmouth (N.J.), Tsanangurayi Tongesayi, ha desarrollado un sistema económico de eliminación de arsénico en el que los trozos cortados de botellas de plástico ordinarias para bebidas se recubren con cisteína , un aminoácido. Cuando las piezas de plástico se agregan al agua, la cisteína se une al arsénico, retirándolo y haciendo potable el agua. En pruebas, ha podido tomar agua que contiene niveles peligrosos de arsénico de 20 partes por mil millones, y reducirlo a 0,2 partes por mil millones, que cumple con el estándar de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. [fuente:Science Daily]
Los residentes lavan su ropa y van a buscar agua potable en un surtidor público en Gabón. Muchas personas en África sufren de diarrea causada por beber agua contaminada, pero se ha descubierto que el sol y la sal son buenos desinfectantes. WILFRIED MBINAH / AFP / Getty Images En países empobrecidos donde la gente no puede permitirse construir costosas plantas de tratamiento de agua, a veces dependen de un recurso gratuito:la luz solar. Una combinación de calor y radiación ultravioleta del sol
eliminar la mayoría de los microbios que causan diarrea, una dolencia que cobra la vida de 4, 000 niños en África todos los días. Una complicación:para que el proceso funcione, el agua tiene que ser clara, que es un problema en las zonas rurales donde la gente obtiene el agua de los ríos, arroyos y pozos que producen agua llena de partículas de arcilla en suspensión.
Pero Joshua Pearce, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Tecnológica de Michigan, y su colega Brittney Dawney de la Universidad de Queens en Ontario tienen una solución. En un artículo de 2012 en el Journal of Water, Saneamiento e Higiene para el Desarrollo, propusieron un régimen de desinfección solar que primero trata el agua con un proceso llamado floculación , en el que se agrega una pequeña cantidad de sal de mesa al agua para extraer la arcilla. Si bien el agua potable resultante tiene niveles más altos de sal de lo que los estadounidenses están acostumbrados, todavía tiene menos que Gatorade. "Yo mismo he bebido esta agua, ", Dijo Pearce en una entrevista." Si estuviera en un lugar sin agua potable y tuviera niños con diarrea, y esto podría salvarles la vida, Lo usaría no hay duda "[fuentes:Science Daily, Dawney y Pearce].
El kit purificador de agua SteriPEN. SteriPEN Para viajeros en países en desarrollo, la exposición al agua no potable puede ser un gran riesgo. ¿No sería genial si pudieras sumergir una varita mágica en agua y purificarla? Ahora, esencialmente, usted puede. Un dispositivo de mano llamado SteriPEN, comercializado por la empresa con sede en Maine llamada Hydro Photon, utiliza luz ultravioleta para erradicar los microorganismos que causan enfermedades. El dispositivo emplea la misma tecnología de purificación utilizada por las plantas de agua embotellada, pero ha sido miniaturizado de modo que pesa solo 6,5 onzas (184 gramos) y cabe en una mochila. Mételo en un litro de agua de arroyo o estanque durante 90 segundos, y listo, es seguro beber [fuente:Stone]. Estos sistemas portátiles de purificación de agua pueden destruir bacterias, virus y protozoos, como giardia y cryptosporidium, que puede causar enfermedad [fuente:New York Times].
El gran mercado de SteriPENS son los mochileros y viajeros, pero también son utilizados por el ejército de EE. UU. SteriPEN también ha donado algunos de los dispositivos a los guardabosques que tienen que trabajar en áreas silvestres remotas donde no tienen acceso al agua del grifo [fuente:Stone]. Una advertencia con la purificación ultravioleta:el agua que está turbia debe prefiltrarse primero para eliminar las partículas que están en suspensión [fuente:Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades].
La tableta MadiDrop está diseñada para sumergirse en agua, matando el 99,9 por ciento de todos los patógenos. Es más fácil de transportar y más económico que los filtros de maceta pero no elimina los sedimentos. Universidad de Virginia Los filtros son una forma conveniente, forma económica de purificar el agua en los países en desarrollo. Pero una organización humanitaria sin fines de lucro con sede en la Universidad de Virginia llamada PureMadi ("Madi" es la palabra sudafricana de Tshivenda para "agua") ha creado una tecnología adicional fácil de usar que puede purificar un recipiente de agua simplemente con sumergirse en él [fuente:Samarrai]. El MadiDrop es un pequeño disco de cerámica, aproximadamente del tamaño de una hamburguesa, que contiene nanopartículas de cobre o plata que matan microbios. Nanopartículas son básicamente realmente, objetos realmente diminutos especialmente diseñados por científicos para comportarse como una sola unidad [fuentes:Samarrai, Mandal].
El MadiDrop es más barato, más fácil de usar, y más fácil de transportar que los filtros de cerámica para macetas más grandes (en la foto de la primera página) que PureMadi ya está fabricando en una fábrica africana, según James Smith, un ingeniero civil y ambiental que es uno de los líderes del proyecto. El único inconveniente de nuevo, es que MadiDrop no elimina las partículas en suspensión que enturbian el agua. Así que idealmente los usuarios someterán el agua a un proceso de purificación de dos pasos, primero usando el filtro de maceta para deshacerse de los sedimentos y luego erradicando los microbios con MediDrop [fuente:Samarrai].
Vista aérea de flamencos sobre el lago Bogoria, Kenia. Esta solución salina el lago alcalino es abundante en cinobacterias que atrae a un gran número de flamencos, a veces 1 millón a la vez. Martin Harvey / Gallo Images / Getty Images Muchos de nosotros probablemente pensamos en las algas como esas cosas asquerosas que tenemos que limpiar de nuestras peceras de vez en cuando, pero también pueden ser una seria amenaza para la salud. Floraciones de algas verdiazules, llamadas cianobacterias, se encuentran tanto en agua dulce como salada en todo el mundo. Producen toxinas llamadas microcistinas que son fácilmente ingeridos por personas que beben, nadar o bañarse en agua contaminada con ellos. Una vez que las microcistinas entran en su cuerpo, pueden atacar las células de su hígado. Obviamente, eso no es algo que quieras que suceda.
Desafortunadamente, métodos convencionales de tratamiento de agua, como la filtración de arena y la cloración, no te deshagas de estas pequeñas amenazas. Es por eso que un nuevo método de purificación desarrollado por investigadores de la Universidad Robert Gordon de Escocia es tan prometedor. Los investigadores han identificado más de 10 cepas diferentes de bacterias a las que les gusta comer microcistinas para el almuerzo. y son capaces de metabolizarlos para que se descompongan en inofensivos, materiales no tóxicos. Si las bacterias asesinas de algas se introducen en fuentes de agua, deberían poder deshacerse de las microcistinas y hacer que el agua sea segura para beber sin usar ningún producto químico potencialmente dañino [fuente:Science Daily].
Una imagen en 3D de un nanotubo de carbono. Los filtros fabricados a partir de esto podrían eliminar los sedimentos, bacterias e incluso trazas de elementos tóxicos del agua con un caudal más rápido que los filtros convencionales Andrey Prokhorov / E + / Getty Images Ya hemos mencionado un dispositivo nuevo e innovador, el MadiDrop que utiliza nanopartículas de plata o cobre para matar bacterias. Pero la nanotecnología, es decir, la ingeniería de realmente, objetos y estructuras realmente pequeños, más pequeño que el ancho de un cabello humano, tiene mucho más potencial para ayudar a limpiar el agua potable del mundo. Investigadores de D.J. Sanghvi College of Engineering dice que los filtros fabricados con nanotubos de carbono y fibras de alúmina, por ejemplo, podría ser capaz de eliminar no solo sedimentos y bacterias, pero incluso trazas de elementos tóxicos como el arsénico.
Una ventaja de usar nanofiltros , como se les llama, es que son más eficientes que los sistemas convencionales de filtración de agua, y no requieren tanta presión de agua. Pero a pesar de que sus poros son mucho más pequeños que los filtros convencionales, tienen una tasa de flujo similar o más rápida [fuente:Science Daily].
En el Instituto de Tecnología de Massachusetts, los investigadores incluso están considerando el uso de la nanotecnología para la desalinización. Están experimentando con el uso de hojas de grafeno , una forma de carbono que tiene un solo átomo de espesor, para filtrar el agua de mar. Con nanotecnología, es posible crear hojas llenas de agujeros minúsculos, solo una milmillonésima parte de un metro de espesor, que puede bloquear las partículas de sal pero permitir el paso de las moléculas de agua [fuente:Chandler].
Nota del autor:10 innovaciones en la purificación del agua
Crecí en lo que solía ser conocido como Steel Valley en el oeste de Pensilvania, donde el río del que dependíamos para el agua potable estaba contaminado con todo, desde metales pesados y ácidos, desde minas a cielo abierto hasta aguas residuales sin tratar. Pero de alguna manera, cuando salió de nuestros grifos, el agua parecía cristalina y sabía bien. Siempre me ha intrigado eso, y se preguntó qué tecnología elaborada se requería para hacerlo potable. Investigar este artículo fue interesante para mí, porque aprendí sobre la historia de la purificación del agua, y qué innovaciones recientes pueden garantizar que las personas de todo el planeta tengan acceso a agua potable.
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Fuentes
