Hoy en día, las tecnologías de filtración únicas hacen que la reutilización de aguas residuales industriales no solo sea posible, sino también práctica y rentable . Estas innovaciones están revolucionando industrias como la agricultura, el bioprocesamiento, la producción de alimentos y la industria del petróleo y el gas. Aumentan la capacidad y la vida útil de los sistemas de tratamiento, ayudan a las empresas a cumplir con las nuevas normas y directrices, y reducen la huella de carbono. Por ejemplo, el proyecto de recuperación de agua del Distrito de Servicios Públicos Municipales de East Bay en California ahorra aproximadamente 5.5 millones de galones de agua dulce al año.
Al convertir los residuos en ganancias mediante una mayor eficiencia y una mejor captura de nutrientes, estas tecnologías son revolucionarias. Lo mejor de todo es que ahorran a las empresas una gran cantidad de agua potable, lo que reduce costos y facilita la competencia por este preciado recurso.
Las aguas residuales y la necesidad de soluciones a la escasez mundial de agua
El agua es vital para nuestro planeta, pero a menudo la damos por sentada. Diariamente, las industrias de todo el mundo generan enormes volúmenes de aguas residuales, el 80 % de las cuales no se trata ni se reutiliza . De hecho, aproximadamente una sexta parte del agua dulce que se consume en el mundo termina como aguas residuales industriales y agrícolas , lo que equivale a cientos de miles de millones de galones al día.
Cuando las empresas gestionan responsablemente, asumen los altos costos y el esfuerzo que supone la extracción, el procesamiento y la eliminación de los subproductos de las aguas residuales. Desafortunadamente, a menudo simplemente se desechan, lo que genera contaminación y aumenta la competencia por el agua potable entre la industria y la población en general.
Repensando el problema
A medida que se agrava la crisis mundial de escasez de agua, muchas industrias han comenzado a replantearse su relación con este valioso recurso. Cada vez más empresas centran sus esfuerzos en el tratamiento y la reutilización de las aguas residuales industriales. Sin embargo, esto sigue presentando desafíos importantes y muy costosos.
¿Y si el problema se pudiera convertir en una solución? ¿Y si las aguas residuales se pudieran transformar en un recurso valioso, reduciendo los gastos operativos, apoyando iniciativas de sostenibilidad y mejorando la recuperación de productos? ¿Sería una diferencia significativa?
Los efectos económicos de la gestión de aguas residuales en la industria
La mala gestión de las aguas residuales industriales conlleva graves consecuencias económicas, especialmente para quienes las generan. Por ejemplo, una planta avícola puede necesitar tratar y eliminar un volumen de agua de cinco a diez veces mayor que la cantidad de producto proteico que genera. Lo mismo ocurre en la industria del petróleo y el gas, donde la cantidad de agua gestionada, en comparación con el producto petrolífero producido, puede variar de cinco a uno a noventa a uno. Este problema suele permanecer oculto hasta que la escasez de agua amenaza la continuidad o la expansión de la producción.
A medida que se intensifica el cambio climático, la disponibilidad de recursos se ve cada vez más comprometida. Por ejemplo, el costo del agua en 30 de las principales ciudades de Estados Unidos aumentó un 41 % entre 2010 y 2015. En Phoenix, los usuarios de agua podrían experimentar un incremento del 48 % entre 2022 y 2025 si no modifican sus hábitos de consumo. Esta tendencia impacta significativamente la rentabilidad de las instalaciones, vinculándolas cada vez más a los costos de los servicios públicos.
En el floreciente sector de la biofabricación, las proyecciones indican una necesidad de aproximadamente diez veces la capacidad actual de fluidos para producir productos biofabricados y gestionar los residuos resultantes. Esta industria ha atraído una importante atención del capital riesgo, pero existe una limitación hídrica que impide obtener resultados sostenibles en el sector de la biofabricación. Una gestión hídrica más cuidadosa durante todo el proceso de producción aumenta la viabilidad de esta industria.
En algunas regiones, la escasez de agua ha provocado una inflación masiva de los alimentos. Esto es especialmente cierto en los estados que rodean la cuenca del río Colorado y en el Valle Central de California, una importante fuente de productos agrícolas especializados en Estados Unidos. En 2022, los precios de los alimentos aumentaron un 9.9% , el mayor incremento desde 1979. Actualmente se están implementando o debatiendo recortes en el consumo de agua debido a los mínimos históricos de disponibilidad hídrica para la industria y la agricultura, lo que agrava la presión económica.
Los desafíos legales y la EPA
Las regulaciones de la EPA sobre el tratamiento y la reutilización de aguas residuales son cada vez más estrictas. Si bien son necesarias para proteger el medio ambiente y la salud pública, también pueden generar desafíos empresariales.
Están surgiendo regulaciones en dos áreas clave: derechos de agua y contaminantes específicos de la industria. Estados como California, Arizona y Nevada han acordado reducir significativamente el consumo de agua durante los próximos tres años, lo que afectará principalmente a la agricultura. Además, la industria cárnica y avícola está colaborando con la EPA para mejorar la descarga de grasas y aceites en las aguas residuales. La propuesta de la EPA incluye tres opciones; la preferida establece límites más estrictos para los efluentes de nitrógeno y fósforo e introduce nuevos estándares de pretratamiento para aceites, grasas, sólidos suspendidos totales y demanda bioquímica de oxígeno.
A pesar del estricto cumplimiento de las normativas, los problemas de salud locales y la degradación ambiental aún pueden provocar indignación pública. En abril de 2023, una coalición de 13 grupos demandó a la EPA para endurecer las regulaciones sobre la contaminación industrial del agua, con el objetivo de mejorar la salud pública. Aun si tuvieran éxito, la percepción y la confianza del público seguirían necesitando recuperarse. A principios de 2023, un descarrilamiento de tren en Ohio causó daños ambientales inmediatos, pero también generó inquietudes a largo plazo sobre la seguridad del agua y la eficacia de las regulaciones, lo que puso de manifiesto la urgente necesidad de adoptar más medidas para prevenir futuras crisis ambientales.
El camino a seguir: reutilización de aguas residuales
En algunas regiones, el agua no suele ser tan cara ni representar un desafío tan serio, por lo que rara vez es el primer recurso sostenible que surge en las conversaciones empresariales. Sin embargo, esto también está cambiando a medida que el estrés hídrico cobra mayor relevancia y conduce al desarrollo de objetivos intergubernamentales de seguridad hídrica.
El camino a seguir es claro: reutilizar el agua in situ. Implementar un tratamiento avanzado que genere agua de diferentes calidades: algunas para reutilización potable, otras para reutilización no potable, como para el lavado de pisos, el inodoro o la limpieza de camiones. Impulsar la industria hacia una mejor gestión ambiental y prácticas de reutilización de agua más centradas en la conservación para afrontar la escasez.
Todo esto comienza con la creación de la tecnología que lo haga posible.
El talón de Aquiles de las tecnologías de filtración
Históricamente, la tecnología de tratamiento de aguas residuales ha sido inadecuada. Muchos métodos destruyen subproductos valiosos y son costosos de instalar y mantener. Los biorreactores de membrana (MBR), por ejemplo, eliminan la materia orgánica y el nitrógeno, eliminando así nutrientes y compuestos valiosos del flujo de aguas residuales.
Las membranas son uno de los mejores métodos para filtrar aguas residuales. Al igual que un filtro de café, la filtración industrial por membrana funciona mediante exclusión por tamaño , permitiendo el paso únicamente de ciertas sustancias según el tamaño de sus moléculas. Por ejemplo, las plantas desalinizadoras utilizan membranas para eliminar la sal del agua de mar y producir agua potable. Las membranas funcionan separando el flujo de entrada en dos corrientes: una corriente es un permeado limpio y purificado, y la otra es un rechazo más concentrado que, a menudo, puede reutilizarse si contiene nutrientes valiosos.
Si bien es eficaz, la filtración por membrana presenta un inconveniente importante: la obstrucción. Las grasas, aceites y otros materiales pegajosos presentes en los residuos industriales pesados obstruyen los poros. Esto conlleva limpiezas frecuentes, tiempos de inactividad y reemplazos, lo que reduce la viabilidad de la tecnología de membranas, hasta ahora. ZwitterCo ha desarrollado la primera membrana inmune a la obstrucción irreversible, capaz de procesar hasta un 5 % de grasas, aceites y otros residuos.
¿Valen la pena las soluciones de filtración por membrana?
Para que las industrias formen parte de la solución, el proceso debe ser rentable. Los sistemas de filtración que no se obstruyan permanentemente, requiriendo costosas sustituciones, son esenciales para la viabilidad económica.
Una ventaja a menudo ignorada de la eliminación de partículas y otros materiales de las aguas residuales es el potencial de ganancias que estos materiales pueden generar. Las aguas residuales suelen contener nutrientes valiosos que pueden capturarse y reutilizarse como fertilizantes y materias primas, creando así fuentes de ingresos adicionales y reduciendo los residuos, a la vez que ofrecen un excelente retorno de la inversión.
Al tratar y reutilizar sus aguas residuales, las operaciones agrícolas y las industrias relacionadas garantizan su seguridad hídrica. Los procesadores de alimentos pueden reutilizar el agua regenerada para fines no potables, lo que reduce la necesidad de agua dulce y contribuye a garantizar la disponibilidad de agua para el crecimiento futuro.
Los beneficios son claros, pero ¿cómo podemos superar las limitaciones de las tecnologías de filtración actuales?
Química resbaladiza: copolímeros zwitteriónicos
ZwitterCo ha desarrollado una solución: una tecnología de membrana única que utiliza copolímeros zwitteriónicos , un material innovador creado mediante investigación en la Universidad de Tufts. Si bien los zwitteriones ya se conocían, el avance radicó en lograr su funcionalidad en soluciones acuosas. Estos copolímeros son extremadamente hidrofílicos, reteniendo las moléculas de agua con tanta fuerza que los compuestos pegajosos como aceites y grasas no pueden penetrar la membrana. Esta característica hidrofílica, o afinidad por el agua, permite el desarrollo de una nueva membrana inmune a la obstrucción irreversible.
Tecnología de membrana de vanguardia
Debido a que estas membranas están fabricadas con una composición química completamente diferente, no se obstruyen fácilmente en corrientes de residuos que históricamente no se filtraban. Se enjuagan fácilmente con agua o productos químicos suaves, manteniendo su eficiencia de filtración como si fueran nuevas. Esto hace que sea mucho más rentable extraer o concentrar material orgánico en esas corrientes y transformarlo en algo valioso, a la vez que las operaciones de recuperación de agua funcionan de manera óptima.
Estas membranas revolucionarias ofrecen una solución sostenible para la gestión de aguas residuales, eliminando las obstrucciones y reduciendo la necesidad de reemplazos frecuentes. En la industria del digestato, aumentan la captura de subproductos valiosos para su uso como fertilizante o venta, reduciendo la necesidad de transporte y esparcimiento en el terreno, un proceso con olores fuertes y potencial de contaminación. Este es sólo un ejemplo de cómo nuestra tecnología se puede utilizar eficazmente en diversos escenarios.
Reducir la huella hídrica industrial: la corriente avanza en la dirección correcta
Los desafíos de la gestión de aguas residuales son considerables, pero con soluciones innovadoras como las nuevas membranas desarrolladas por ZwitterCo, las industrias pueden reducir su huella hídrica mediante el tratamiento y la reutilización eficaces de sus aguas residuales. De esta forma, estarán mejor preparadas para cumplir con las crecientes normativas, recuperar valiosos subproductos y lograrlo de manera rentable. La reducción del impacto ambiental también puede mejorar las relaciones con inversores y clientes, y generar mayor confianza en el público. Los recientes avances, como los esfuerzos de Kazajstán por mejorar la gestión del agua, son señales alentadoras de que las industrias y los gobiernos reconocen la importancia de este tema.
FUENTES:
- https://www.epa.gov/east-palestine-oh-train-derailment
- https://bayoucitywaterkeeper.org/were-suing-over-billions-of-gallons-of-industrial-wastewater/
- https://www.ers.usda.gov/data-products/food-price-outlook/summary-findings/#:~:text=In%202022%2C%20food%20prices%20increased,prices%20increased%20by%207.7%20percent.
- https://www.azcentral.com/story/news/local/phoenix/2023/07/07/phoenix-water-rates-increase-sharply-2023-what-you-need-to-know/70371017007/
- https://www.circleofblue.org/2015/world/price-of-water-2015-up-6-percent-in-30-major-u-s-cities-41-percent-rise-since-2010/
- https://concernusa.org/news/global-water-crisis-causes/#:~:text=At%20a%20global%20scale%2C%2044,other%20contaminants%20that%20can%20prove
- https://eurasianet.org/kazakhstan-prioritizing-water-management-measures-in-2024
