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

De media, todos los estadounidenses usan alrededor de 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 usa al aire libre, como regar el césped y llenar piscinas, también están incluidos.

La mayor parte del agua utilizada eventualmente se convertirá en aguas residuales que deben ser tratadas antes de que pueda descargarse a la naturaleza. Y ese tratamiento consume mucha energía. Según la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU., Las instalaciones de agua y saneamiento representan más de un tercio de los presupuestos energéticos municipales.

Mi investigación se centra en la recuperación de recursos de las 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 de hacer productos valiosos a partir de ellos.

Energía de materiales orgánicos

Los ingenieros acérrimos de aguas residuales comprenden el valor de las aguas residuales, que ven como un activo en lugar de un desperdicio. Por eso, algunos lo llaman "agua usada". y se refieren a lo que la mayoría de la gente llama 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 tratarlas. Una técnica sencilla y madura para recuperar parte de esta energía es la 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, así como la levadura puede devorar la cebada y escupir cerveza. El biogás contiene aproximadamente un 50 por ciento de metano, que se puede utilizar como combustible renovable para calderas, hornos y sistemas de calefacción o para hacer girar turbinas y generar electricidad.

Técnicas más avanzadas, como los procesos hidrotermales, tomar los lodos de las aguas residuales, los sólidos que se eliminan de las aguas residuales durante el tratamiento, y convertirlos en combustibles de base biológica que se pueden utilizar para reemplazar la gasolina y el combustible diesel. Este proceso se encuentra actualmente en etapa de demostración.

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

Extracción de nutrientes de las aguas residuales

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

Claramente, Sería mucho más eficiente extraer directamente el amoníaco de las aguas residuales sin convertirlo. Una forma es usar inodoros desviadores de orina, que ya están disponibles comercialmente, para separar la orina 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 fósforo y potasio. El Instituto Tierra Rica, una organización sin fines de lucro con sede en Vermont respaldada por agencias y fundaciones federales, está investigando formas de convertir la orina humana en fertilizante. El instituto está analizando la orina recolectada en cultivos reales, y ha descubierto que funciona eficazmente.

Alternativamente, podemos recuperar estos nutrientes como estruvita, o 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. Controlando la formación de estruvita, se puede recuperar en reactores separados.

Los investigadores han probado la estruvita recuperada en cultivos en laboratorios y han obtenido rendimientos comparables a los de los fertilizantes comerciales. La técnica aún está madurando, pero las empresas están desarrollando versiones comerciales para plantas de tratamiento de aguas residuales.

Mas posibilidades

¿Quieres cosas más valiosas? Las aguas residuales son literalmente una mina de oro. Contiene metales valorados en millones de dólares estadounidenses por año. Estos metales suelen ser tóxicos para la vida acuática, por lo que deben eliminarse. Pero las tecnologías de eliminación convencionales requieren mucha energía y producen lodos tóxicos.

Los investigadores están desarrollando nuevas formas de eliminar y reutilizar estos metales, incluidos los sistemas de membranas que pueden eliminar selectivamente los metales preciosos del agua y los biosistemas que utilizan 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 son generalmente más cálidas que los suministros de agua natural, especialmente en invierno, para que pueda servir como fuente de calor. Esta técnica está bien establecida y no se limita a escala comercial. Puede instalar sistemas de recuperación de calor de agua de drenaje en su hogar para reducir su factura de energía.

A mi, Esto es solo el comienzo. Con las técnicas adecuadas, las "aguas residuales" pueden ofrecernos mucho más, y espero con ansias el día en que no haya "aguas residuales, "sólo" agua usada ".

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.