Según el reverendo Dennis Hutson, a la gente le encantaba el sabor del agua de Allensworth.

"La gente solía decir cosas como, '¡Guau, esta es la mejor agua que he probado en mi vida!'", dijo Hutson, propietario de una granja en la pequeña comunidad de Central Valley. "Incluso hubo visitantes que se llevaron a casa jarras de agua de un galón porque pensaron que sabía muy bien".

Ahora, muchos residentes de esta comunidad históricamente negra saben que no es seguro beber agua de los pozos de su ciudad.

Al igual que muchas áreas de California, el agua subterránea debajo de Allensworth está contaminada con niveles peligrosos de arsénico, un elemento altamente cancerígeno que puede filtrarse en el nivel freático desde los depósitos en el suelo y el lecho rocoso. Si bien las ciudades y los municipios más grandes pueden darse el lujo de eliminar el arsénico de su agua, muchas personas que viven en comunidades pequeñas y rurales se ven obligadas a elegir entre beber agua del grifo contaminada o comprar agua embotellada, y es posible que aquellos con pozos privados ni siquiera sepan que su agua no es segura. .

En colaboración con Hutson y otros líderes de la comunidad de Allensworth, los ingenieros de la Universidad de California, Berkeley, actualmente están probando en el campo un nuevo sistema de tratamiento de arsénico simple y de bajo costo que está diseñado para ayudar a las pequeñas comunidades rurales como Allensworth a acceder a agua potable sin arsénico. .

Desde principios de junio, el sistema, ubicado dentro de un pequeño cobertizo gris en la granja de Hutson, ha estado extrayendo agua subterránea del pozo agrícola de Hutson y reduciendo sus niveles de arsénico de 250 partes por mil millones (ppb), extremadamente tóxicos, a muy por debajo del nivel de la Agencia de Protección Ambiental (EPA). ) límite de 10 ppb. Si la prueba de campo sigue teniendo éxito, el equipo espera obtener los fondos para poner en marcha una planta piloto en el Valle Central.

"Se estima que 300 000 personas en California están expuestas a concentraciones de arsénico superiores a 10 ppb en el agua potable", dijo el líder del equipo de investigación, Ashok Gadgil, profesor de ingeniería civil y ambiental en UC Berkeley y científico principal de la facultad en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. "Por primera vez, trataremos las aguas subterráneas con altos niveles de arsénico a un precio que la población local pueda pagar y de una manera que puedan operar".

A medida que la sequía y el calor extremo del cambio climático limitan el suministro de agua superficial de California, más y más municipios dependerán de fuentes de agua subterránea que pueden estar contaminadas con arsénico, y el agotamiento de estos acuíferos subterráneos superiores podría requerir llegar a acuíferos más antiguos y profundos que podrían estar más contaminado. Un sistema de tratamiento de arsénico asequible podría proporcionar fuentes de agua seguras y sostenibles para las comunidades rurales, al tiempo que limita las emisiones de gases de efecto invernadero involucradas en el embotellado y el transporte de agua desde otros lugares.

"Muchas comunidades donde el agua subterránea tiene un alto contenido de arsénico tienen que recurrir a otras soluciones, como tomar agua de un pueblo cercano... y ni siquiera ver el agua local como una opción para el agua potable", dijo Logan Smesrud, investigador senior y desarrollo. ingeniero en el laboratorio de Gadgil. "Este proyecto está reformulando lo que podemos usar para el agua potable".

Para Hutson, la creación de una fuente segura y confiable de agua potable será clave para ayudar a Allensworth, la primera ciudad en California establecida por afroamericanos, a convertirse en una comunidad próspera y autosuficiente.

"Quiero ver a Allensworth prosperar como una comunidad agrícola enfocada en la agricultura orgánica sostenible, regenerativa", dijo Hutson. "Necesitamos agua potable no solo para sobrevivir, sino también para prosperar".

Construyendo un futuro para una ciudad histórica

Allensworth, bañado por el sol, se encuentra a unas 45 millas al norte de Bakersfield, en las tierras ancestrales de los yokuts. La comunidad fue fundada por primera vez en 1908 por el coronel Allen Allensworth, un afroamericano que escapó de la esclavitud para convertirse en capellán y en el oficial negro de más alto rango en el ejército de los EE. UU.

"El coronel Allensworth y un grupo de personas vinieron y fundaron esta comunidad de Allensworth... con la premisa de ser autónomos", dijo Hutson. "Querían seguridad. Querían ser autosuficientes. Y esta ciudad prosperó como resultado".

Durante la década de 1910, la comunidad creció hasta convertirse en un pueblo bullicioso de más de 200 habitantes, con su propio distrito escolar, distrito electoral y una variedad de pequeñas empresas. Pero a medida que avanzaba el siglo, una serie de contratiempos económicos, incluida la falta de suficiente agua para riego, condujeron a su lento declive. A mediados de siglo, la población se había reducido a casi cero.

Desde la década de 1970, los líderes comunitarios han luchado para mantener vivo el legado de Allensworth, y la población se ha recuperado lentamente. Allensworth es ahora el hogar de unas 600 personas, la mayoría de las cuales se identifican como latinos y trabajan como trabajadores agrícolas.

Hutson y su cuñado Kayode Kadara son miembros de la Asociación Progresista de Allensworth (APA), una organización dedicada a mejorar la calidad de vida de los residentes de la comunidad. Kadara dijo que la APA está trabajando para mejorar la infraestructura de agua y el sistema de alcantarillado de la ciudad, construir viviendas adicionales y aumentar la disponibilidad de alimentos saludables. Pero el acceso al agua potable sigue siendo un desafío central.

"Casi cualquier lugar al que vayas en la región aquí, si dependen del agua subterránea para uso doméstico, el arsénico es uno de los principales contaminantes", dijo Kadara. "En nuestro caso aquí, ese es nuestro principal contaminante".

Para que el agua del grifo de Allensworth cumpla con los límites de contaminación por arsénico de la EPA, Kadara dijo que el distrito de servicios comunitarios extrae agua de dos pozos ubicados tres millas al este de la ciudad, donde los niveles de arsénico están mucho más cerca de 10 ppb. Al mezclar el agua de estas dos fuentes, el distrito generalmente puede reducir los niveles de arsénico por debajo del límite de la EPA, pero aún ocurren excedencias. Debido a que los pozos están ubicados cerca de tierras de pastoreo, el agua ocasionalmente también se contamina con bacterias, y los residentes deben hervir el agua del grifo antes de beberla.

Como resultado, muchos residentes optan por beber agua embotellada o conducir hasta los pueblos vecinos para llenar garrafones en los quioscos de agua. Esto impone una carga financiera adicional a las familias que ya están luchando para llegar a fin de mes.

"Hay personas que tendrán una jarra de cinco galones e irán a Delano, que está a 15 millas de aquí, a comprar agua", dijo Hutson.

La APA fue presentada por primera vez a Gadgil por Tom Tomich, profesor distinguido de Ciencias y Políticas de Sustentabilidad en la Universidad de California, Davis, quien visitó Allensworth con un grupo de otros educadores y filántropos en 2017.

"Mi cuñado, Kayode Kadara [dijo]:'Hay una cosa que puedes hacer por nosotros:¿conoces a alguien que pueda sacar el arsénico del agua?'", dijo Hutson. "[El Dr. Tomich] se comunicó con nosotros aproximadamente un mes, mes y medio después, y el Dr. Gadgil estaba al teléfono, hablamos y lo persuadimos para que viniera a Allensworth y empleara su tecnología. Hemos tenido una relación maravillosa desde siempre. desde."

De la India a California

Durante más de 15 años, Gadgil y su equipo han estado desarrollando sistemas de tratamiento de arsénico de bajo costo para proporcionar agua potable a las comunidades rurales. Desde 2016, su primera planta de tratamiento, en una escuela secundaria en las afueras de Kolkata, India, ha proporcionado agua potable asequible y segura a 3000 estudiantes y miembros de la comunidad local. La planta fue construida con fondos de subvenciones de Indo-U.S. Foro de Ciencia y Tecnología, y en colaboración con la Universidad de Jadavpur y un licenciatario industrial indio de la tecnología de Gadgil. El titular de la licencia industrial ha construido y ahora está operando una segunda planta de tratamiento en India.

"La [tecnología] que diseñamos para la India, cerca de Bangladesh, es altamente efectiva, pero lenta, de bajo costo y relativamente intensiva en mano de obra; es muy adecuada para los pobres de las zonas rurales de la India", dijo Gadgil. "Allí, la concentración de arsénico en el agua subterránea es de 250 partes por mil millones, y la bajamos a 3 partes [por mil millones], y aun así pueden pagarlo porque les cuesta 0,8 centavos por litro y también proporciona empleo local". /P>

Si bien el este de India y Bangladesh tienen algunos de los niveles más altos de contaminación de aguas subterráneas con arsénico en el mundo, aparecen puntos calientes adicionales en todo el mundo, incluso en los EE. UU. Aquí, los municipios más grandes pueden usar un proceso llamado ósmosis inversa para eliminar el arsénico y otros contaminantes de las aguas subterráneas. . Sin embargo, este proceso requiere una instalación costosa y personal capacitado para ejecutarlo, los cuales pueden ser un obstáculo para las comunidades rurales o pobres.

Como ejemplo, Gadgil señala a la comunidad no incorporada de Lanare, 60 millas al noroeste de Allensworth, que utilizó fondos estatales y gubernamentales para construir una instalación de tratamiento de arsénico en 2007. Seis meses después, la comunidad se vio obligada a cerrar la instalación porque podría no pagar los costos continuos de mantenimiento. Finalmente, en 2019, el estado proporcionó $4 millones adicionales para perforar más pozos para que la comunidad pudiera volver a tener agua potable segura.

"Necesitamos aplicar nuestro conocimiento de ingeniería y creatividad para encontrar soluciones que sean disruptivas, que no sigan este patrón en el que los costos por persona siguen aumentando entre menos personas tenga", dijo Gadgil.

En 2014, después de pasar dos años probando el sistema de tratamiento de arsénico en la India, la actual investigadora postdoctoral de UC Berkeley, Siva Bandaru, se mudó de la India a California para ayudar a Gadgil a determinar si la tecnología también podría ayudar a proporcionar agua limpia a las comunidades rurales del Valle Central. Equipado con una versión en miniatura del sistema de tratamiento de arsénico que estaba montado sobre ruedas para mayor portabilidad, Bandaru viajó por todo el estado para probar el sistema en aguas subterráneas de California contaminadas con arsénico.

"Dondequiera que fuimos, encontramos que esta tecnología elimina el arsénico", dijo Bandaru, quien completó un Ph.D. en el laboratorio de Gadgil en 2020 antes de continuar como investigador postdoctoral. "Pero también identificamos algunos desafíos importantes al llevar la tecnología de la India a California".

Primero, debido a que el consumo de agua en los EE. UU. es mucho más alto que en la India, la tecnología debería poder eliminar el arsénico del agua a un ritmo mucho más rápido, sin pérdida de rendimiento. En segundo lugar, para mantener los costos bajos, la tecnología también debería poder operar durante largos períodos de tiempo con muy poca intervención humana.

Poco después de que Bandaru se uniera al laboratorio de Gadgil como estudiante de posgrado en 2016, al equipo se le ocurrió una idea que podría resolver estos dos problemas y potencialmente hacer que el sistema de tratamiento sea viable en las zonas rurales de California.

El problema de la roya verde

La tecnología de tratamiento de arsénico original de Gadgil, llamada Remediación electroquímica de arsénico (ECAR), se basa en los mismos tipos de reacciones electroquímicas que alimentan una batería. Cada reactor electroquímico consta de dos placas de acero, un ánodo y un cátodo, que se sumergen en agua. Pasar una corriente a través de estas placas de acero libera iones de hierro, que reaccionan con el arsénico y el oxígeno disuelto para formar óxido de hierro, también conocido como óxido, y arsénico (V), una forma oxidada del elemento que es más fácil de eliminar del agua. El arsénico (V) se adhiere al óxido y ambos se pueden filtrar fácilmente.

El sistema ECAR que se ejecuta en India es económico, altamente efectivo y produce solo una cantidad mínima de desechos:aproximadamente un tercio de una taza de lodo por persona por año. Sin embargo, tiene algunos inconvenientes. El proceso es relativamente lento, tarda aproximadamente 100 minutos en limpiar 1.000 litros de agua. Y cuando el sistema está funcionando continuamente, las impurezas y el óxido pueden acumularse en la superficie de cada una de las 32 placas de acero de 1 metro por 1 metro, evitando que los iones de hierro necesarios entren en el agua.

"En India, en este momento, tenemos un operador que limpia los platos al final de cada día", dijo Bandaru. "No podemos darnos el lujo de tener eso en California porque los costos laborales son altos y queremos que esta tecnología sea tan barata que las pequeñas comunidades de bajos ingresos puedan pagarla".

El equipo descubrió que pasar corrientes más altas a través de las placas puede acelerar la reacción y evitar la acumulación de impurezas en los electrodos. Sin embargo, también puede desencadenar otros problemas, en particular, el problema de la roya verde.

Cuando la cantidad de iones de hierro en el agua comienza a exceder la cantidad de moléculas de oxígeno disueltas, los iones de hierro pueden comenzar a agruparse para formar un complejo de óxido llamado óxido verde que, a diferencia de la roya naranja, en realidad puede dificultar la reacción de eliminación de arsénico. Debido a que las nuevas moléculas de oxígeno solo pueden ingresar al agua al difundirse lentamente desde la atmósfera, bombear corrientes más altas a través del sistema ECAR puede crear rápidamente demasiados iones de hierro y óxido verde.

El avance de Bandaru llegó en forma de una tecnología llamada cátodo de aire. Los cátodos de aire toman el oxígeno del aire y lo reducen para crear y liberar peróxido de hidrógeno en el agua, que puede desempeñar un papel aún más poderoso que el oxígeno disuelto en la reacción de eliminación de arsénico ECAR. Al emparejar un ánodo de acero con un cátodo de aire, cada ion de hierro producido por el ánodo de acero se combina instantáneamente con una molécula de peróxido de hidrógeno producida por el cátodo de aire. Como resultado, la reacción ya no está limitada por la lenta velocidad de difusión del oxígeno.

"Ahora, ya no dependemos del oxígeno que se difunde desde la atmósfera", dijo Bandaru. "Incluso si opera el sistema a densidades de corriente realmente altas, crea una cantidad igual de moléculas de peróxido de hidrógeno que de iones de hierro, por lo que no tiene ningún problema con la acumulación excesiva de hierro".

La nueva tecnología, que el equipo denominó electrocoagulación de hierro asistida por cátodo de aire (ACAIE), puede eliminar el arsénico del agua 5000 veces más rápido que ECAR y puede operarse continuamente con muy poco mantenimiento. Para garantizar la seguridad eléctrica y limitar los costos del equipo, la prueba de campo actual de ACAIE en Allensworth solo funciona 200 veces más rápido que ECAR.

Durante el verano de 2019, mientras el sistema ACAIE aún estaba en desarrollo, la exestudiante graduada de UC Berkeley, Sara Glade, dirigió la primera prueba de campo de la tecnología de eliminación de arsénico en Allensworth. El equipo operó una versión en miniatura de 100 litros del sistema ECAR en una choza estrecha y sofocante en la granja de Hutson. Durante la última semana de la prueba, el equipo demostró que una versión modificada del sistema ECAR, que usaba peróxido de hidrógeno agregado para impulsar la reacción, también podía eliminar el arsénico del agua de Allensworth.

En mayo de este año, luego de los retrasos causados ​​por la pandemia de COVID-19, el equipo lanzó la prueba de campo completa de ACAIE en la granja de Hutson con el apoyo de fondos del estado de California. Los investigadores también están colaborando con el profesor de la Escuela de Salud Pública de UC Berkeley, Winston Tseng, para desarrollar materiales de divulgación para comunicar los peligros del arsénico a la comunidad local.

"Es un proceso realmente emocionante, llevar la tecnología del laboratorio al campo y luego trabajar con la comunidad y desarrollar una relación con ellos", dijo Bandaru. "Está funcionando muy bien".

Un futuro para el suministro de agua de California

El nuevo sistema de tratamiento de agua con arsénico consta de cinco reactores ACAIE seguidos de una serie de pasos de filtración para eliminar el óxido cargado de arsénico. Desde principios de junio, el sistema ha estado tratando aproximadamente 600 litros por hora, o 3 galones por minuto, de agua del pozo de Hutson. Cada hora, un miembro del equipo de Gadgil recolecta una muestra del agua tratada y la lleva a un cobertizo vecino, donde se analiza para detectar arsénico y otras medidas de calidad del agua.

"Creo que las comunidades pequeñas, en su mayoría rurales, son donde esta tecnología realmente podría brillar", dijo Smesrud. "Incluso a la escala en la que está construido ahora, nuestro sistema de tratamiento está produciendo suficiente agua para suministrar agua potable a una ciudad del tamaño de Allensworth. Pero... se puede ampliar".

El agua que emerge contiene menos de 10 ppb de arsénico y cumple con los estándares de agua potable en cuanto a turbidez y claridad. Sin embargo, debido a que el sistema aún no está aprobado por la Agencia de Protección Ambiental de California o la Junta de Control de Recursos Hídricos del Estado de California para el tratamiento de agua potable, toda el agua que trata el sistema debe desecharse.

Además, el agua subterránea del pozo de Hutson tiene un alto contenido de sal, por lo que sería necesario un paso adicional de desalinización para hacerla potable. Sin embargo, Gadgil dijo que hay miles de otros pozos en California que tienen buena agua potable, excepto por el arsénico, y donde el sistema podría implementarse sin este paso de tratamiento adicional.

La prueba de campo tiene fondos para operar hasta fin de año, después de lo cual el equipo de Gadgil deconstruirá cuidadosamente el sistema de tratamiento y devolverá la tierra en la granja de Hutson a su estado original. El próximo paso en el proyecto será hacer que el sistema esté casi completamente automatizado, con un mecanismo fácil de "encender/apagar" y un control de proceso automático interno que permitirá monitorearlo y operarlo de manera remota. Idealmente, dicho sistema requeriría solo unas dos horas de trabajo a la semana, lo que reduciría el costo de producción de agua potable por debajo del costo del agua embotellada, dijo Gadgil.

Si dicho sistema se convierte en realidad, Kadara prevé que podría usarse para eliminar el arsénico residual del agua que actualmente se bombea desde pozos fuera de la comunidad, asegurando que todos en Allensworth estén expuestos a la menor cantidad de arsénico posible, incluso cuando el clima cambio amenaza el futuro del suministro de agua.

"A medida que lidiamos con la sequía, hemos visto que los niveles freáticos caen, y cuando los niveles freáticos descienden, hay aumentos en el arsénico... Entonces, si tenemos un proceso que nos permita usar esa agua para beber y otra agua potable usar, nos conviene perseguir [eso]", dijo Kadara. "Esperamos que este proceso termine siendo un modelo para comunidades como la nuestra aquí en el estado y en todo el mundo". + Explora más

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