Economía circular y la gestión del agua: de residuo a recurso

Se sabe de las grandes áreas de oportunidad que existen en materia de tratamiento de agua residual en México y, por supuesto en Jalisco, son muy amplias, donde a pesar de que al año se trata cerca de 390 millones de metros cúbicos de agua residual municipal y en torno a 5 millones de metros cúbicos de agua tipo industrial, falta aún por tener el 100% de cobertura de tratamiento.

Por mucho tiempo se ha visto a las plantas de tratamiento de agua residual (PTAR) como un fin último del residuo líquido que mandamos desde nuestros hogares a través del sistema de alcantarillado sanitario. Sin embargo, el panorama está cambiando para bien.

A partir del año 2015, con la publicación de los 17 Objetivos del Desarrollo Sostenible (ODS) junto con sus 169 metas establecido por la Organización de las Naciones Unidas en la Agenda 2030, las organizaciones tratan de superar las diferencias de integración entre políticas, estrategias y formas de aplicación que se han observado previamente con los Objetivos del Desarrollo del Milenio. Cualesquiera que sean los modelos propuestos para interpretar la conectividad de los 17 ODS, como muestra la Figura 1, lo que se quiere es tener estrategias de acción para cubrirlos.

Una de las herramientas que cada vez se hace presente a nivel global para lograr el cumplimiento de los ODS es la “Economía Circular”, que se percibe como un modelo crucial para que la economía industrial busque el desarrollo sostenible (Hysa et al., 2020).

Figura 1. Modelos propuestos para los Objetivos de Desarrollo Sostenible. A. El modelo pastel de bodas y B. El modelo tipo pirámide (Giannetti, 2020).

En la economía que prevalece en la actualidad, que es la lineal, aproximadamente el 80% de lo que usamos se desecha directamente una vez usado el producto. Otras investigaciones, incluso, concluyen que más del 99% del flujo total de material generado para producir bienes de consumo termina eliminándose como residuo dentro de los 6 meses después de su uso (Planing, 2016).

                                                                                                   Figura 2. Diagrama conceptual de la Economía lineal (Wautelet, 2017).

En la Figura 2, se muestra un esquema de cómo funciona la economía lineal., donde se observan las tres etapas tomar, hacer, desperdiciar.

Por lo que, con la Economía circular, lo que se busca es mantener los recursos, materiales y productos el mayor tiempo posible en la economía con el objeto de minimizar la generación de residuos, mejorar la eficiencia de consumos energéticos e hídricos minimizando el impacto ambiental. Un esquema conceptual de este nuevo modelo económico es el que se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Diagrama conceptual de la Economía Circular (Wautelet, 2017).

Justo, en lo que tiene que ver con el vital líquido es importante reconocer que el agua es un recurso natural finito, indispensable para la vida en el planeta, y el ODS número 6 se enfoca a garantizar la disponibilidad de agua y su gestión sostenible y el saneamiento para todos. Para ello, se deben replantear estrategias que sean eficientes y sostenibles.

Alrededor del 36% de la población mundial vive en regiones de escasez de agua, en Latinoamérica el 40% de la población carece de una conexión a un sistema de alcantarillado, y apenas cerca del 35% del agua residual colectada es tratada. Por lo anterior, el desarrollo urbano futuro necesita enfoques que minimicen el consumo de recursos y se centren en la recuperación de productos valorizables a partir de desechos, siguiendo los principios de la economía circular. Las corrientes de agua residual deben considerarse un recurso valioso a partir del cual pueden extraerse gran cantidad de materiales con un valor agregado.

Diversos estudios han confirmado que el agua residual es una mira de oro, dado que de ella se pueden obtener energía, nutrientes, pigmentos, biosólidos, etc. Por lo tanto, en lugar de seguir llamando como PTAR a la estación donde se depura el agua residual, éstas deben concebirse como instalaciones de recuperación de recursos valiosos. Las organizaciones vinculadas a temas de saneamiento y aprovechamiento integral de los recursos del agua residual establecen que “las disputas por el agua residual crecerán con el tiempo”. Mientras, se buscan acciones que abonen a la circularidad en la gestión sostenible del recurso hídrico, como se muestra en la Figura 4.

                                                                                                Figura 4. Estrategias de la gestión circular del agua (Modificado de AINIA, 2021)

Se puede conseguir la reducción de uso de agua mediante la optimización de operaciones de limpieza y desinfección llegando a reducir hasta el 50% de volumen de agua empleada. La reutilización del agua generada se puede iniciar desde casa, conduciendo las “aguas grises” para el uso sanitario, en lugar de emplear agua potable. Se debe restituir el recurso mediante la regeneración del agua con la calidad necesaria para disponerse al alcantarillado municipal que la conduzca después a instalaciones de recuperación de recursos valiosos, donde se transformen efluentes y lodos en productos valiosos. Además, se debe posibilitar el reciclado de agua aplicando procesos oxidativos para adecuar el agua hasta la calidad asimilable al agua potable.

Hay diversas investigaciones donde se sabe que con los lodos de las estaciones de depuración de agua se puede conducir a la generación de biogás mediante el proceso de digestión anaerobia, es decir en ausencia de oxígeno, obteniendo biogás como principal producto, con el que se puede usar para producir calor y generar electricidad.

Por otra parte, estudios como las llevadas a cabo por grupos de la Universitat Politècnica de Catalunya, han obtenido pigmentos naturales a partir de microalgas en sistemas de tratamiento de agua residual tipo industrial, con fines de aplicación en el ramo textil. Además, este mismo grupo ha podido recuperar biogás como fuente energética a partir de estas microalgas.

Además, el Dr. Rubén Díez que ha participado en este mismo grupo de investigación catalán ha realizado estudios para la producción de biomasa de microalgas utilizadas en el tratamiento de agua residual tipo doméstica, con la finalidad de usarse en la producción de biofertilizante de gran valor nutrimental para las plantas.

Por otro lado, una empresa holandesa ha realizado estudios de tratamiento de agua residual doméstica usando lodos aerobios granulares, a partir del cual se puede extraer un biopolímero que han llamado Kaumera Nereda® Gum. Este material, que en 2020 se colectaron 20 m3 de la estación depuradora de estudio, sirve de bioestimulante en la agricultura pues protege a las semillas en la germinación lo que hace un recurso sumamente atractivo.

Existen otras líneas de investigación como las del consorcio francés Ennesys que se han centrado, desde hace varios años, en la producción de electricidad a partir de algas que tratan agua residual doméstica. A partir de estos proyectos se han obtenido dos valiosos recursos, la biomasa vegetal para la producción de calor y electricidad, además de material aceitoso que funciona como carburante para encender bombillas.

En la Universidad de Cantabria, en España, también se han realizado estudios de la depuración de agua marina usando sistemas de membranas, para obtener como recursos valiosos la misma agua dulce, pero también se han recuperado cloruro de sodio y ácido clorhídrico, que son dos reactivos usados en la industria química. Estos sistemas los han innovado cada vez más al punto de ponerlos en marcha con el uso de luz solar.

Además, investigaciones de la Universidad Adam Mickiewicz, en Polonia, han demostrado la generación de hidrógeno en procesos fotobiológicos a partir de agua residual, con lo que se demuestra que se consigue la depuración de efluentes residuales con la consecuente producción de un recurso de alto valor energético.

En nuestro grupo de investigación de Procesos Químicos Sostenibles de la UAG, trabajamos en colaboración con el Dr. Germán Cuervas Rodríguez, de la Universidad de Guanajuato (UG), buscando hacer sinergia entre tecnologías biológicas y de oxidación avanzada para la depuración del agua residual.

Recientemente, el Dr. Cuevas ha puesto a prueba el uso de bacterias fototróficas púrpura para el tratamiento de aguas de rastros municipales y con ello lograr la producción de proteínas, con gran valor en el mercado, como recurso para la fabricación de alimento de piscifactorías. El agua residual concentrada con materia orgánica no utilizada se ha canalizado a nuestro laboratorio de investigación, donde alumnos de la carrera de ingeniero Químico han podido darle tratamiento mediante separaciones mecánicas y aplicando procesos fisicoquímicos y fotoquímicos con el uso de fuentes renovables como la luz solar, consiguiendo hasta el 90% de la mineralización y a niveles muy cercanos a las necesidades normativas.

Figura 5. Esquema de los procesos aplicados en el proyecto de colaboración UG-UAG (doi.org/10.2166/wst.2021.438).

Actualmente, nuestro grupo de trabajo se ha centrado en la aplicación de tecnologías avanzadas de depuración biológica del agua residual doméstica mediante la puesta en marcha de reactores de biopelícula de lecho móvil (MBBR), mediante el empleo de membranas con surcos para incrementar el área superficial para el crecimiento de la biopelícula que contiene los microorganismos degradadores de la materia orgánica. El objetivo de este trabajo es llegar a niveles de calidad del agua para potenciar su aprovechamiento en el riego agrícola y devolver al entorno natural agua libre de contaminantes.

Figura 6. Esquema del trabajo de investigación de la tesista Alejandra Beltrán, de la carrera de Ingeniero en Biotecnología. (a) Carriers con biopelículas y (b) Identificación de microorganismos degradadores de los contaminantes.

Se concluye que se puede tener una gestión del agua teniendo un enfoque de circularidad, que incluya desde la educación del cuidado del recurso hídrico que nos hace mucha falta en México, tratar de reutilizar el agua residual generada en diversos procesos. Sin embargo, de no lograrse, estos efluentes pueden conducirse a estaciones depuradoras donde se haga la elección de los métodos de tratamiento más sostenibles y eficientes que permitan la recuperación de recursos pudiéndolos transformar en productos que la misma sociedad requiere. De esto de trata la circularidad del recurso hídrico para asegurar la disponibilidad y su calidad para las futuras generaciones.

El Dr. Carlos Javier Escudero, es Profesor-Investigador del Departamento de Diseño, Ciencia y Tecnología, de la Universidad Autónoma de Guadalajara, y Miembro Directivo del grupo Young Water Professionals Capítulo México desde el 2019.