Patente javeriana para limpiar el agua

Patente javeriana para limpiar el agua

Las actividades humanas dejan un rastro indeleble en el agua. Lavar la ropa, ir al baño, fabricar un anuncio publicitario, regar una cosecha, entre otras, producen, como consecuencia, residuos líquidos cargados de contaminantes; conocidos como aguas residuales, se han convertido en un problema ambiental de primer orden porque, al no ser tratadas adecuadamente, pueden contaminar fuentes de agua para el consumo humano, además de los ríos y los mares. Si bien se estima que en América Latina el 80% no es tratada adecuadamente, el Gobierno colombiano ha invertido en los últimos años fuertes recursos para tratar el 42% de las generadas en el país.

A pesar de que hoy en día se han estudiado diversas técnicas y procesos para remover los contaminantes producidos por industrias como la marroquinera, textil y minera en aguas residuales, los ejercicios de filtración, flotación o precipitación no han sido suficientes por sus altos costos y la selectividad de los materiales usados.

Esto llevó al Grupo de Investigación en Biotecnología Ambiental e Industrial, adscrito a la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Javeriana, a diseñar un filtro de origen biológico capaz de aislar los colorantes, metales pesados y aditivos de las aguas residuales. En su fabricación utilizaron tejidos de material lignocelulósico, es decir, un compuesto obtenido de biomasa vegetal (en este caso, de origen forestal)  que sostiene una capa de hongos obtenidos de la podredumbre de la madera que fueron mejorados microbiológicamente.

Biotrap, como se le conoce, cuenta con un filtro flexible, resistente, altamente poroso y ajustable a diferentes configuraciones de reactores o filtros sin importar si su forma es cilíndrica, cuadrada, etc. Sobre este bioportador laminar, como se le conoce técnicamente, actúan las cepas de hongos Pleurotus ostreatus y Phanerochaete chrysosporium, encargados de retirar los contaminantes.

Esta innovación es el resultado del proyecto Consorcio de hongos inmovilizados sobre un portador laminar de lignocelulosa para el tratamiento de aguas residuales y proceso para la elaboración del mismo, recibió el pasado 29 de junio la aprobación de patente por parte de la Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos (United States Patent and Trademark Office).

Biotrap ya había obtenido, el 31 de marzo del 2016, la patente de invención en Colombia por parte de la Superintendencia de  Industria y Comercio, mediante la resolución 14909.

Pesquisa Javeriana conversó con la biotecnóloga Aura Marina Pedroza, profesora del Departamento de Microbiología y coordinadora del proyecto, quien explicó el funcionamiento de esta innovación y conversó sobre los retos que este trabajo implica para la universidad y su equipo.

Lluvia de metales

Lluvia de metales

“Cuando a mí me enseñaron a diseñar alcantarillados, me decían: ‘Hay uno para aguas residuales que debe ir directamente a la planta de tratamiento, y otro para aguas lluvia que va derecho al río, y a grandes rasgos, así se sigue enseñando. Pero desde los años 80 sabemos, por evidencias y estudios en Europa y Estados Unidos, que ese esquema mental es errado”, advierte Andrés Torres, ingeniero civil de la Pontificia Universidad Javeriana. ¿La razón? El agua celestial no es limpia y pura per se, pues no solo recoge contaminantes suspendidos en la atmósfera –desde polvo, gérmenes, gases, materia orgánica e inorgánica hasta trazas de hidrocarburos y otros químicos–, sino también aquellos depositados en cubiertas y canales por donde escurre antes de ser recogida en contenedores –desde materia fecal de aves hasta hongos y residuos de metales pesados de los objetos con los que tiene contacto–.

Con la idea de destronar esa presunción, Torres aporta nueva evidencia a la literatura científica a través de diversas investigaciones, empezando por casa: la universidad. Sus indagaciones comenzaron en 2003 cuando, junto con algunos colegas, contempló la posibilidad de aprovechar el agua lluvia en el campus. Evaluó la pluviosidad de la zona, cuánto se podría recolectar, cuál era la demanda hídrica de la Javeriana y si implementar alguna acción resultaría verdaderamente costo-efectiva. Los resultados arrojaron que la oferta de agua lluvia era interesante y se podría utilizar, pero habría que seguir indagando sobre su calidad para determinar cuáles podrían ser los usos.

Así lo hizo, y con estudios posteriores determinó que, aunque el área tenía un alto volumen de precipitación (1.007 mm promedio al año), el agua lluvia de escorrentía alcanzaría a cubrir el 14% de la demanda hídrica total anual del campus, lo que representaría un ahorro de 24 millones de pesos cada año en consumo de agua potable.

Sin embargo, el agua presentó altos niveles de turbiedad, sólidos suspendidos totales (SST), demanda bioquímica de oxígeno (DBO5, que delata la presencia de microorganismos) y metales pesados como hierro, cadmio, plomo y mercurio. Todos estos indicadores sobrepasaron los límites permitidos por normativas locales y foráneas, consultadas. En consecuencia, el agua no era apta para ningún uso sin tratamiento previo.

El investigador propuso un sistema de filtración en distintas etapas del drenaje y la recolección, la incorporación de películas de carbón activado para absorber hierro, la mejora de las subcuencas existentes, la adecuación de las redes de distribución y la construcción de un humedal que oficia como tanque regulador. Esta última es la primera solución que la Universidad ha acogido, y gracias a ella se capta la escorrentía de un edificio de parqueaderos, la cancha de fútbol y áreas circundantes, que constituyen la más grande e importante subcuenca propuesta en la investigación. Este sistema recibe caudales de 0,04 a 50,6 litros por segundo y el agua allí recolectada se usa en el riego de jardines, una de las actividades en la que más se consume agua potable (21% del total).


Las pruebas salen del campus

Paralelamente, Torres y sus estudiantes desarrollaron estudios en otras zonas de la ciudad. Primero fue en los barrios Villa Alexandra y Acacias, en la localidad de Kennedy, donde recolectaron 53 muestras de escorrentía en viviendas con techos de zinc o cemento entre los meses de febrero-abril y septiembre-octubre de 2010. El análisis de laboratorio confirmó trazas de zinc, plomo, cobre y cadmio, este último en una concentración diez veces mayor al reportado en la literatura en condiciones semejantes, además de SST, BDO5 y alta turbiedad. No obstante, los resultados variaron mucho con respecto al momento meteorológico –en medio o después de una temporada seca o invernal–, al tipo de cubierta desde donde discurría el agua según el material y tiempo de uso, y al tipo y ubicación de la casa.

Algo similar ocurrió en el sector de Bolonia, localidad de Usme, donde la mayoría de las 72 muestras tomadas entre abril y noviembre de 2013 contenía metales pesados, entre otros contaminantes. Las viviendas allí tenían tres tipos de techo (zinc, fibrocemento y plástico) y solo ese factor generó gran variación en los resultados. Hicieron otras pruebas luego de cambiar parte de las cubiertas de algunas casas con materiales nuevos y diversos, y fue evidente la mejora en la calidad del agua y sus potencialidades de aprovechamiento. De hecho, en algunos casos, los investigadores instalaron techos verdes como proyecto demostrativo de agricultura urbana. Esta evidencia los llevó a pensar que no solo el material del techo es fundamental, también su antigüedad, aun cuando esta hipótesis requiere mayor verificación.

Cabe aclarar que todos los análisis realizados son de escorrentía y no de agua lluvia recogida directamente del cielo, pues para Torres esta situación no es realista. “No queríamos alterar las condiciones sanitarias de las comunidades que consumen agua lluvia”, explica este doctor en hidrología urbana. Y, evidentemente, todas las poblaciones que la usan apelan a cualquier elemento para recogerla y conservarla con la idea de usarla indiscriminadamente para todo: desde el consumo humano hasta el riego de plantas, pasando por la cocción y el lavado de enseres.


Advertencia para la salud humana

Usar el agua lluvia, por supuesto, supone grandes riesgos de salubridad. La toxicidad de los metales pesados, por ejemplo, es un factor potencial de generación de cáncer y afectaciones al sistema reproductivo, mientras que agentes microbianos derivan en infecciones y virus. “La contaminación en agua lluvia es bastante común, especialmente por Escherichia coli o, alternativamente, por coliformes termotolerantes”, señala la Organización Mundial de la Salud, e incluye otros microorganismos patógenos como la salmonela.

Cada precipitación se da en condiciones únicas, y circunstancias como la hora del día, la zona geográfica, el entorno, los métodos de recolección y conserva, entre otras, alteran sustancialmente su calidad. Por eso, si se quiere acoger el agua lluvia como recurso y no como desecho, es vital hacer mediciones para definir su aprovechamiento de manera sostenible, lo que se puede lograr en tiempo real aplicando tecnologías relativamente sencillas, y con esa información Torres propone crear una suerte de semáforo zonal que le indique a la gente cuándo puede usar el agua y para qué.

No obstante, para tratar de englobar patrones de uso es necesario, según él, recaudar mayor evidencia empírica. Por ahora, se siente contento de contribuir a la caída de un mito, pues conforme les insiste a sus estudiantes, lo que es muy evidente a veces no lo es tanto, y aunque Newton postuló hace dos siglos y medio la ley de la gravedad, “en hidrología urbana aún hoy estamos viendo y analizando la caída de la manzana”.


TÍTULOS DE LAS INVESTIGACIONES:

  • Towards a Constructed-Wetland/Reservoir-Tank System for Rainwater Harvesting in an Experimental Catchment in Colombia
  • Quality of rainwater runoff on roofs and its relation to uses and rain characteristics in the Villa Alexandra and Acacias Neighborhoods of Kennedy, Bogotá, Colombia
  • Diagnóstico sobre la presencia de metales pesados (Cd, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn) en las aguas lluvias de escorrentía para su posible aprovechamiento en el Sector Bolonia, Localidad Usme, Bogotá D.C.

INVESTIGADOR PRINCIPAL: Andrés Torres
COINVESTIGADORES: Jaime Lara-Borrero, Sandra Méndez-Fajardo, Milton Duarte, Sandra Galarza-Molina, Ángela Patricia Gutiérrez y Carlos Daza
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Civil
Grupo de investigación Ciencia e Ingeniería del Agua y el Ambiente
PERIODO DE LA INVESTIGACIÓN: 2003 – actualmente