¿Cómo producir agua potable incluso en zonas áridas?

Este martes 22 de marzo de 2022, que marcará el inicio mismo de la primavera, marcará también el Dia Mundial del Agua. Un día que nos da la oportunidad de centrarnos en la disponibilidad de este recurso vital en todo el mundo.

El agua de nuestro planeta azul es 97,2% sal; se encuentra en los océanos, los mares, pero también en ciertas aguas subterráneas. El agua dulce representa solo el 2,8% del agua total del mundo. Los glaciares polares contienen el 2,1%.

En cuanto al agua dulce accesible, solo corresponde al 0,7% del total que debe distribuirse entre la agricultura, su mayor consumidor (~70% del agua extraída), la industria (~20%) y el uso doméstico (~10%).

El agua dulce no solo está mal distribuida geográficamente en la Tierra, sino que también está, y con frecuencia, muy mal utilizada.

Este problema, grave en nuestros países templados, se vuelve gravísimo en otros lugares, donde faltan los medios financieros y/o tecnológicos: 11% de la población mundial por lo tanto no tiene acceso a agua potable y casi 30% de esta población no tienen acceso a agua potable segura en sus hogares.

Procesos ancestrales o innovadores de depuración de aguas

Transformar agua que inicialmente no era potable en agua potable se ha convertido en un juego de niños… o casi. Las tecnologías, algunas inspiradas en procesos ancestrales (destilación, lecho de adsorbentes, etc.) y otras muy innovadoras, se han convertido en algo común, ofreciendo una panoplia de soluciones que se pueden adaptar a casi todas las situaciones.

Aquí se pueden identificar dos grandes familias de tecnologías: las basadas en la destilación, que por lo tanto consumen calor; los que utilizan membranas y funcionan principalmente con energía eléctrica. Hablaremos por ejemplo de “destilación multiflash”, “destilación por compresión de vapor” para la primera familia; de “ósmosis inversa”, “nanofiltración”, “electrodiálisis” para el segundo.

El mayor inconveniente de estas técnicas es que son muy sofisticadas y requieren fuertes inversiones, imposibles de asegurar por países sin importantes medios financieros o técnicos, asociadas a infraestructuras de distribución robustas y bien ramificadas.

¿Es posible ofrecer soluciones menos costosas en esta área?

El ejemplo del agua cargada de flúor

El fluoruro es un oligoelemento presente en cantidades muy pequeñas (~2 gramos) en el cuerpo humano. En dosis bajas, es muy útil para prevenir la caries dental; ayuda en la mineralización de los huesos, al igual que el calcio y el fósforo.

Pero cuando la dosis de fluoruro aumenta, puede causar fluorosis dental; y, en dosis muy altas, fluorosis esquelética. Estas dos enfermedades son comunes en África, donde el agua potable proviene de aguas subterráneas con un alto contenido de fluoruro (más de 1,5 mgF-/L para la fluorosis dental y más de 4 mgF-/L para la fluorosis ósea) .

Dientes con fluorosis dental.
Nizil Shah/Wikimedia, CC BY-NC-ND

La fluorosis dental da como resultado la aparición de manchas blancas en los dientes; evolucionan con la edad para volverse marrones, lo que incluso puede conducir a la calcificación de los dientes. La fluorosis ósea, caracterizada por la fijación masiva de flúor en los huesos, a menudo de origen hidrotelúrico, provoca bloqueos en las articulaciones e incluso discapacidades motoras graves.

Defluoración de aguas subterráneas en Senegal

En Senegal, una técnica muy antigua, recientemente revisada como parte del proyecto para mejorar y fortalecer los puntos de agua en la cuenca del maní, consiste en fijar iones de flúor por adsorción en huesos calcinados.

El agua subterránea de esta cuenca (Kaolack, Diourbel y Fatick) es conocida por su alto contenido de fluoruro, a menudo superior a 5 mg F-/L. Este proyecto había dado lugar al diseño y producción de desfluoradores familiares.

Los huesos de animales recogidos en mataderos homologados son calcinados, triturados, tamizados y puestos en forma de columna, asociando otros tipos de materiales (grava, carbón). Agua de pozo, rica en F-, pasa entonces por esta columna que fijará buena parte del F- por adsorción sobre los finos granos de hueso calcinado.

Esta técnica permite tratar un gran volumen de agua (concentración de flúor <1,5 mgF-/L) a un coste de 780 a 2500 francos CFA/m3 de agua tratada (es decir, 1,20 €/m3 a 3,80€/mes3).

Sin embargo, su uso generalizado no ha sido posible debido a los problemas de sabor y olor observados durante el procesamiento.

Es la técnica de ósmosis inversa que hasta ahora han fomentado las autoridades locales, con algunas instalaciones fijas en las ciudades más grandes. Es cierto que esta técnica permite tener agua de mejor calidad, pero a un precio muy elevado, en torno a los 8 €/m3 ; esto es extremadamente costoso para la población.

Calcinación de huesos en el pueblo de Ndiago (Kaolack, Senegal) en 2008. Pĥotos tomados por M. Ndong y E. Ngom.
M. Ndong / E. Ngom, Proporcionado por el autor
Desfluorizador a base de polvo de hueso calcinado en funcionamiento (pueblo de Ndiago en Senegal, 2008).
M. Ndong / E. Ngom, Proporcionado por el autor

Un nuevo proceso prometedor

Dentro de el Instituto Paris-Est de Química y Materiales, hemos desarrollado otra técnica. Se trata de una técnica de membrana muy sencilla, accesible y mucho menos riesgosa para la salud, pero con un precio de coste muy comparable al de la adsorción sobre huesos calcinados.

Lasaad Dammak, CC BY-NC-ND

Esta técnica, descrita en la figura de al lado, se denomina diálisis iónica cruzada. Se utiliza una membrana de intercambio de aniones (MEA) que permite que solo pasen los iones negativos. Consiste en una lámina de un polímero especial con un espesor de ~150 µm, colocada entre dos compartimentos; uno (denotado F) provisto de agua a tratar, el otro (denotado C), que contiene una solución compuesta por la misma agua enriquecida con sal de cocina (NaCl) a una concentración de 5 g NaCl/L.

Por efecto de su diferencia de concentración, los iones Cl- atraviesan el MEA. Dado que los iones de sodio positivos no pueden cruzar el MEA, una cantidad equivalente de aniones F- debe pasar del compartimento F al C para equilibrar las cargas eléctricas.

Así, el agua se empobrece en F- y se enriquece en Cl-, anión altamente tolerado por el organismo siempre que su concentración en el agua de bebida sea inferior a ~250 mgCl-/L (Directiva Europea 98/83 de 3 de noviembre de 1998 ).

Para hacer circular, a un caudal muy bajo, las soluciones de los compartimentos F y C, aquí es suficiente un poco de electricidad de baja potencia para activar las bombas del acuario. En ausencia de red eléctrica, estas bombas que trabajan en corriente continua pueden ser alimentadas por paneles fotovoltaicos. También podemos utilizar simplemente la gravedad para hacer fluir el agua a tratar hacia el compartimento F.

Treinta litros de agua cada noche

Las pruebas de laboratorio con agua reconstituida resultaron muy concluyentes y permitieron optimizar los parámetros del proceso. Estas pruebas se confirman mediante pruebas con agua real en un piloto de formato A4.

Este formato permite producir durante la noche suficiente agua para el consumo diario de una familia de unas diez personas, es decir, unos treinta litros por noche. El precio de coste sigue siendo bastante bajo ya que no hay un gasto energético significativo y la membrana utilizada ha demostrado ser bastante eficaz.

Sin embargo, como toda instalación, el dializador iónico requiere un mantenimiento quincenal. Esto implica el lavado con soluciones bastante diluidas de ácido cítrico o vinagre, seguido de un lavado con soda o cal.

Completamente listo a nivel técnico, el proyecto está actualmente a la espera de financiación para distribuir estos dializadores iónicos a los usuarios.


Martes 22 de marzo de 2022 con motivo del Día Mundial del Agua, elIUT de Créteil-Vitry invita al público a descubrir el trabajo realizado por varios laboratorios de investigación (LEESU, IMRB e ICMPE) y varias empresas, así como equipos utilizados en el campo del tratamiento de aguas.

Lasad Dammak, Profesor de Ciencia de Materiales e Ingeniería de Procesos, Universidad Paris-Est Créteil Val de Marne (UPEC)

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