Electricidad para lograr un tratamiento de agua por coagulación sin químicos. Esta es la idea sobre la que gira el estudio que ha desarrollado un equipo investigador de la Universidad Texas A&M. Concretamente, a través de la electrocoagulación, han eliminado virus presentes en agua contaminada. De esta forma, se ha logrado demostrar que es posible realizar una coagulación que prescinda de productos químicos.
Un sistema para eliminar la presencia de virus
El sistema diseñado, es apto para suprimir diversos virus. Los expertos utilizaron microscopía y análisis computacional para medir la efectividad del modelo diseñado. Han podido confirmar el éxito del método, que utiliza electricidad en su operación, ante diferentes tipos de organismos. A pesar de que no se ha implementado la electrocoagulación para la purificación de agua, podría aumentar la seguridad del tratamiento de agua ante diversos patógenos.
Una estrategia de tratamiento de agua, aún más eficaz ante virus. Como indica Shankar Chellam, profesor de Ingeniería Civil y Ambiental, es una necesidad continua el desarrollo de nuevas tecnologías. La innovación permite la aparición de métodos más económicos y efectivos para el tratamiento de agua. De esta forma, el estudio realizado es una alternativa con muchas posibilidades para la eliminación de virus en las primeras etapas.
La investigación ofrece un resultado prometedor para eliminar virus en las primeras etapas del tratamiento de agua
El tratamiento de agua permite disponer a los hogares de agua apta para consumo. Para que el agua tenga la calidad necesaria para el consumo humano, pasa por diferentes etapas de tratamiento. Coagulación, sedimentación, filtración y desinfección, forman distintas fases por las que pasa el agua a fin de recibir el tratamiento necesario para alcanzar un estándar de calidad.
La fase de coagulación, requiere productos químicos. En la actualidad, los métodos de coagulación utilizados, requieren de sustancias químicas que permitan la acumulación de partículas y microbios en el agua. Aunque estos productos añadidos con origen químico, pueden ser eliminados en forma de sedimento, pueden resultar muy ácidos. A causa de esta acidez, el transporte hacia plantas de tratamiento resulta complejo y dificultoso.
La adición de productos químicos, genera sedimentos que pueden ser extraídos.
Evaluación de la capacidad del sistema para coagular y desactivar virus
La investigación busca un modelo de coagulación sin utilizar sustancias químicas. Por ello, las pruebas de laboratorio estaban orientadas a identificar la eficacia del método. Para la fase de experimentación, se empleó un tipo de virus conocido como MS2 bacteriófago. La motivación de la elección, es la proximidad estructural entre el MS2 bacteriófago y un gran número de virus envueltos persistentes en el agua.
Imagen 1. Representación de la estructura molecular de diferentes virus, con sus siglas en inglés.
Fuente: Fotos tomadas de Li y Wang, 2014 y del sitio www.sciencephoto.com
Se emplearon electrodos de hierro para generar corriente eléctrica. La introducción de los electrodos permitió pasar corriente al agua donde había carga de virus. Al pasar la corriente, el ánodo sufría una fase de oxidación y, al oxidarse, iones de hierro eran liberados en el fluido. Los iones de hierro, se unían al oxígeno presente disuelto y daban lugar a radicales hidroxilo y precipitados con hierro.
Se produjo coagulación sin emplear sustancias químicas. En el proceso de observación, los investigadores advirtieron cómo se estaba teniendo lugar el fenómeno de la coagulación. Acorde a la precipitación del hierro, se producía la aglomeración que formaban grandes grupos. De esta forma, el resultado mostró que era posible eliminar los virus fácilmente
En el desarrollo de la operación, con la precipitación del hierro, se produjo la coagulación
Durante la operación, se trató de comprobar si el virus era desactivado. Otro aspecto que advirtieron los investigadores es el hecho de que se producía la desactivación de los virus presentes en el fluido.
Se evaluó la capacidad del sistema para desactivar el virus. Aunque se logró producir la coagulación que esperaban los investigadores, no se apreció la desactivación del virus. A través de microscopía electrónica, los investigadores observaron que, durante la operación, los virus no eran desactivados.
A pesar del éxito en la coagulación, los virus no eran desactivados
Tecnología computacional para evaluar los resultados
La aglomeración supone un desafío para los investigadores. Como indica Anindito Sen, miembro del equipo investigador, el reto de la aglomeración reside en la dificultad para aislar los virus de los agregados ricos en hierro. Esta situación dificulta la apreciación del daño viral e identificar cuál fue su causa. Ante esta complejidad, es difícil poder concretar si la electrocoagulación fue el origen del daño o si, por el contrario, fue la extracción del virus de los agregados.
Imagen 2.
Fuente: Kim, K., Narayanan, J., Sen, A., & Chellam, S. (2021).
La tecnología computacional permitió crear imágenes en 3D. Para solventar la complicación hallada en la aglomeración, Kyungho Kim, estudiante y miembro del equipo, generó imágenes directamente de los virus junto al hierro. Estas imágenes se obtuvieron mediante una nueva tecnología computacional. En primer lugar se encontraron imágenes 3D de un bacteriógago MS2 y, posteriormente, imágenes 2D del modelo 3D dañado.
Las imágenes computacionales arrojaron sorprendentes resultados. El equipo investigador identificó en los virus electrocoagulados, un daño que pasaba del 10% a superar el 60%. Además, también se pudo apreciar a través de las imágenes en 3D y 2D, que los virus no habían sido inactivados tras el proceso.
Las imágenes en 3D y 2D confirmaron que los virus no eran desactivados durante la operación
El sistema ofrece una mayor protección ante la presencia de patógenos en el agua. El proceso habitualmente empleado para purificar el agua, dispone de distintas etapas donde, ante el fallo de una, las otras pueden compensar. La finalidad de la investigación, indica Chellam, partícipe del estudio, es intensificar el proceso. De esta forma, coagulación y desinfección quedan unidos en un único paso.
Conclusión
La innovación nos conduce hacia tratamientos de agua que generen menos residuos. La investigación desarrollada, busca una fórmula para realizar el proceso de coagulación sin emplear sustancias químicas. De esta forma, se avanza hacia un tratamiento de agua que no produzca residuos adicionales a causa de la adición de sustancias químicas.
