DESARROLLO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS POLÍMERO-MEMBRANA DE BAJO CONSUMO ENERGÉTICO ADAPTABLE A FAMILIAS CAMPESINAS, COMUNIDADES RURALES, COSTERAS Y AGROPECUARIAS DE CÓRDOBA.
FINANCIACIÓN
-
Sistema General de Regalías (SGR), proyecto BPIN 2020000100261 a través de la “Convocatoria del SGR – Fondo de CTeI – para la conformación de un listado de propuestas de proyectos elegibles de innovación para la productividad, la competitividad y el desarrollo social de los territorios, en el marco de la celebración del bicentenario”, número 3.
-
Mindtech S.A.S
GRUPO DE INVESTIGACIÓN
-
Mindtech Research Group (Mindtech-RG)
-
Centro de Investigación y Desarrollo Mindtech
-
Mindtech S.A.S. (Montería/Barranquilla, Colombia)
CITACIÓN
-
Mindtech S.A.S. Desarrollo de un sistema de tratamiento de aguas polímero-membrana de bajo consumo energético adaptable a familias campesinas, comunidades rurales, costeras y agropecuarias de Córdoba. Proyecto BPIN 2020000100261 del Sistema General de Regalías. Mindtech (2023).
RESUMEN GRÁFICO
DESCRIPCIÓN
PROBLEMÁTICA Y JUSTIFICACIÓN
Una de las problemáticas mundiales que afecta a millones de personas alrededor del mundo se centra en la baja disponibilidad y aseguramiento de la calidad del agua. La cual es considerada como uno de los recursos vitales de suma importancia para la salud pública y el desarrollo de diferentes actividades económicas como la agricultura, piscicultura, ganadería, entre otras. De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS), 2,4 billones de personas alrededor del mundo no cuentan con un sistema de tratamiento que realice saneamiento y asegure la calidad del agua, ya que la regulación de parámetros, tanto microbiológicos como fisicoquímicos son necesarios para prevenir enfermedades asociadas con la contaminación de este recurso. En particular, la presencia de microorganismos en el agua, por ejemplo, virus, bacterias y protozoos, pueden desarrollar padecimientos como diarrea, gastroenteritis, hepatitis y demás. Por otro lado, factores fisicoquímicos como alta concentración de metales pesados (plomo, mercurio, cromo, etc.) están asociados a la aparición de cáncer, enfermedad renal, daño neuronal, entre otros [1-4].
A nivel nacional, Colombia exhibe problemáticas asociadas a la escasez de agua potable generadas principalmente por factores como contaminación, cambio climático y escasa oferta tecnológica para el desarrollo de sistemas que realicen tratamiento de agua. De acuerdo con el Ministerio de Vivienda, este último factor se exhibe con mayor recurrencia en comunidades rurales (73,2 %), donde se presenta una brecha de 24,2 puntos porcentuales en la cobertura de acueductos para distribución de agua potable respecto a poblaciones urbanas (97,4 %) [5], lo cual denota una mayor vulnerabilidad respecto a la aparición de enfermedades en los habitantes que residan en zonas rurales, donde se hace necesaria la implementación de tecnologías capaces de suplir las falencias expuestas, dado que, al no regular factores que aseguren la calidad de agua, se podrían generar problemas de salud pública como los mencionados con anterioridad. Además, otra de las razones que hace imperante el desarrollo de tecnologías de tratamiento se centra en las actividades económicas primarias de agricultura, ganadería y piscicultura que se realizan en estas regiones, puesto que, al no presentar aseguramiento en la calidad de agua en estas actividades, los productos obtenidos podrían generar repercusiones directas sobre los consumidores [6, 7].
De acuerdo con el Plan Estratégico Departamental de Ciencia, Tecnología e Innovación, uno de los departamentos que presenta mayor escasez y menor disponibilidad de mercado tecnológico para tratamiento de agua es el departamento de Córdoba [8], lo cual también se ve reflejado en los resultados obtenidos para el análisis del Índice de Riesgo de la Calidad de Agua (IRCA) en el departamento, reportado en el último Informe Nacional de la Calidad del Agua (INCA) para consumo humano, donde se clasificó “Riesgo alto” al agua que consumen los cordobeses [9], resaltando que, en este caso también se observa una mayor vulnerabilidad en zonas rurales del departamento que desarrollan actividades del sector primario y contribuyen de manera significativa al PIB departamental. No obstante, esta problemática se puede extrapolar a nivel regional y nacional, ya que las zonas rurales de Córdoba cuentan con un total de 932.930 hectáreas de suelos agrícolas potenciales y una producción agrícola total de 1’150.000 toneladas entre productos de yuca, ñame, maíz, plátano y arroz, siendo estos productos que permiten el abastecimiento de todo el país [10].
BIBLIOGRAFÍA
[1] Sharma, S., Bhattacharya, A. 2017. Drinking water contamination and treatment techniques. Applied Water Science, 7, 1043-1067. https://doi.org/10.1007/s13201-016-0455-7
[2] World Health Organization [WHO]., UNICEF. 2015. Section A: 25 Years Progress Update and MDG Assessment. Progress on Sanitation and Drinking Water. WHO, 2-18.
[3] Ríos, S., Agudelo, R., Gutiérrez, L. 2017. Patógenos e indicadores microbiológicos de
calidad del agua para consumo humano. Revista Facultad Nacional de Salud Pública, 35(2), 236-247. https://doi.org/10.17533/udea.rfnsp.v35n2a08
[4] Rehman, K., Fatima, F., Waheed, I., Akash, M. 2017. Prevalence of exposure of heavy metals and their impact on health consequences. Journal of Cellular Biochemistry, 119(1), 157–184. https://doi.org/10.1002/jcb.26234
[5] Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio. Plan director de Agua y Saneamiento Básico, Visión Estratégica 2018-2023. 2018. Disponible en: https://www.minvivienda.gov.co/
[6] Corrales, L., Sánchez, L., Escucha, F. 2014. Determinación de la presencia de bacterias patógenas para el humano en aguas de riego en la cuenca alta de la sabana de Bogotá; D.C. Colombia. NOVA, 12(22), 179-186. https://doi.org/10.22490/24629448.1042
[7] Zaman, M., Shahid, S., Heng, L. 2018. Irrigation Water Quality. In: Guideline for Salinity Assessment, Mitigation and Adaptation Using Nuclear and Related Techniques. Springer, 113-131. https://doi.org/10.1007/978-3-319-96190-3_5
[8] Gobernación de Córdoba., Minciencias. Plan Estratégico Departamental de Ciencia, Tecnología e Innovación de Córdoba. Planes Estratégicos Departamentales en Ciencia, Tecnología e Innovación - PEDCTI, 24. Disponible: http://hdl.handle.net/20.500.12324/33458 (Acceso: 15 de enero de 2023).
[9] Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio. 2020. Informe Nacional de Calidad de Agua para Consumo Humano (INCA). Disponible: https://www.minsalud.gov.co/ (Acceso: 15 de enero de 2023)
[10] Ministerio de Agricultura., Gobernación de Córdoba: Secretaría de Desarrollo Económico y Agroindustrial. 2020. Plan Departamental de Extensión Agropecuaria Departamento de Córdoba 2020-2023. Disponible: https://www.minagricultura.gov.co/ (Acceso: 18 de enero de 2023)
LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO Y BENEFICIARIOS
El proyecto tiene como ciudad principal de operación a Montería, donde se encuentra la sede de Mindtech S.A.S, teniendo en cuenta que esta ubicación es el epicentro comercial de Córdoba y posee una alta conectividad vial con los múltiples municipios del departamento. Los municipios de ejecución y ubicación de los beneficiarios del proyecto se presentan en la Figura 1.
Figura 1. Municipios objetivo para implementación de tecnología de tratamiento de agua (---) y apropiación social del conocimiento (-x-) en el departamento de Córdoba.
POBLACIÓN OBJETIVO
La población objetivo puede dividirse en dos tipos: directa, constituida por asociaciones productivas y comunidades rurales (1.435 habitantes) e indirecta, enfocada en lugares donde se realice apropiación social del conocimiento (3.965 habitantes) y vinculación laboral (65 personas). Lo anterior se proyecta con el propósito de impactar de manera positiva a una población rural de aproximadamente 5.400 personas. Los criterios que permitieron determinar cada población objetivo, entre directa e indirecta, se definieron mediante las problemáticas descritas, resaltando que, aquellas que se denominan como “directa” se refieren a poblaciones rurales que desarrollan actividades económicas primarias y carecen de un sistema de tratamiento de agua necesario para consumo humano o para el desarrollo económico y, por otro lado, las denominadas “indirectas” se centran en poblaciones rurales o urbanas con formación en Cite ausente o nula, permitiendo el desarrollo de nuevas habilidades en estos campos mediante diferentes estrategias planteadas en el proyecto. Ahora bien, cabe resaltar que el hecho de corresponder a una de las poblaciones objetivo no excluye a las asociaciones o instituciones de ser beneficiario de la otra, ya que ambos representan las comunidades objetivo. En la Tabla 1 se denotan los beneficiarios de los diferentes tipos de productos que se plantea entregar en el proyecto.
Tabla 1. Población directa e indirecta asociada al proyecto.
*I. E. = Institución educativa
Respecto a la población objetivo indirecta que se enfoca en la vinculación laboral de nuevo personal, esta se centra en posibles colaboradores que se encuentren en proceso de formación o aquellos que cuenten con título profesional, beneficiando al proyecto y al crecimiento académico y profesional de los grupos exhibidos en la Tabla 2.
Tabla 2. Población objetivo indirecta relacionada a vinculación laboral de personal profesional o en formación.
*También incluye personal con formación técnica o tecnológica.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Incrementar la oferta tecnológica local para el mejoramiento de la calidad del agua en comunidades rurales campesinas del departamento de Córdoba.
OBJETIVO ESPECÍFICOS
-
Desarrollar una alternativa tecnológica para el mejoramiento de la calidad del agua de consumo humano y de sectores productivos del departamento de Córdoba.
-
Disminuir los costos logísticos y energéticos de operación de la tecnología de tratamiento de agua desarrollada para garantizar su sostenibilidad operativa en zonas rurales de economía campesina del departamento de Córdoba.
-
Adquirir información técnica relacionada con la implementación de tecnologías no convencionales para el tratamiento de agua en los sectores productivos de las zonas rurales del departamento de Córdoba.
MARCO CONCEPTUAL
SISTEMAS PARA TRATAMIENTO DE AGUA EN COMUNIDADES RURALES
Los sistemas de tratamiento de agua alrededor del mundo presentan variaciones dependiendo mayoritariamente del tipo de demanda (consumo o actividades económicas) y del tipo de contaminante a regular (fisicoquímicos o microbiológicos) [1]. No obstante, en el desarrollo de nuevas tecnologías para una población en específico es imperante tener en cuenta las condiciones y características geográficas, económicas y culturales de los beneficiarios del sistema.
En ciudades principales con cantidades poblacionales altas (más de 1,500 habitantes por kilómetro cuadrado) suelen emplearse plantas a gran escala que presentan diferentes componentes o tecnologías (floculación, coagulación, sedimentación, etc.) para cada uno de los contaminantes a regular, requiriendo así, tratamientos periódicos y control técnico para garantizar su adecuado funcionamiento. Además, en este tipo de sistemas se hace necesaria la instalación de redes de distribución para cada vivienda, lo que conlleva a mayores costos de operación y producción [2, 3]. En contraste, el panorama cambia drásticamente en las zonas rurales, ya que el número de población disminuye considerablemente, por lo que sistemas a gran escala no son rentables en cuanto a costos, capacidad y espacio. Debido a esto, se ha optado por sistemas más pequeños donde la posibilidad de combinar varias tecnologías es menor, ya que en estas condiciones se debe propender por una mayor simplicidad y autonomía operacional para facilidad de mantenimiento, que permita la reducción de costos asociados a la inversión e implementación del sistema [4]. Así mismo, en la potabilización rural se debe velar por implementar infraestructuras resilientes, que pueden estar expuestas a una disponibilidad cada vez más limitada del recurso hídrico, como consecuencia del cambio climático y la contaminación proveniente de actividades agrícolas y mineras desarrolladas en estas zonas, que son fuente común de contaminación [5, 6].
En el contexto nacional, las comunidades rurales presentan una desventaja respecto a las comunidades urbanas, teniendo en cuenta que existe una brecha de 24,6 % en cobertura de sistemas de acueducto y de 17,7 % respecto a redes de alcantarillado. Lo anterior se atribuye a una baja inversión e intervención del gobierno en comunidades rurales para temas de acueducto y potabilización de agua, resaltando que no se obtienen datos precisos sobre el IRCA para más del 50 % de la población rural y para aquella población donde se este análisis, se presenta en su mayoría consumo de agua catalogada como riesgo medio-alto. Ahora, aunque en algunas poblaciones rurales se han implementado diferentes sistemas de acueducto, se estima que el 55 % de estos no se encuentran en funcionamiento por falta de mantenimiento, como consecuencia de su exigencia operativa, mala administración y la dificultad de acceso que presentan las zonas de instalación. En ese sentido, diferentes departamentos a lo largo del territorio nacional han realizado inversiones de gran tamaño para suplir dichas necesidades en las comunidades rurales, tal es el caso de Córdoba, donde se ha está ejecutando una inversión monetaria de 128.480.713.584 pesos distribuidos en 11 proyectos cuyos objetivos se centran en rehabilitación, ampliación, optimización y desarrollo de sistemas de potabilización de agua [7-10].
BIBLIOGRAFÍA
[1] Salgot, M., Folch, M. 2018. Wastewater Treatment and Water Reuse. Environmental, Science and Health, 2, 64-74. https://doi.org/10.1016/j.coesh.2018.03.005
[2] Aghalari, Z., Dahms, H., Sillanpaa, M., Sosa, J., Parra, R. 2020. Effectiveness of wastewater treatment systems in removing microbial agents: a systematic review. Globalization and Health, 16(13), 1-11. https://doi.org/10.1186/s12992-020-0546-y
[3] Ma, X., Xue, X., González, A., Garland, J., Cash, J. 2015. Sustainable Water Systems for the City of Tomorrow—A Conceptual Framework. Sustainability, 7(9), 12071-12105. https://doi.org/10.3390/su70912071
[4] World Bank Group. 2017. Sustainability Assessment of Rural Water Service Delivery Models: Findings of a Multi-Country Review. World Bank, Disponible: https://openknowledge.worldbank.org/handle/10986/27988 (Acceso: 14 de enero de 2023)
[5] Brichetti, J., Mastronardi, L., Rivas, M., Serebrisky, T., Solís, B. 2021. La brecha de infraestructura en América Latina y el Caribe: estimación de necesidades de inversión hasta 2030 para progresar hacia el cumplimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible. Banco Interamericano de Desarrollo, 1-144. http://dx.doi.org/10.18235/0003759
[6] Maldonado, G., Minatta, A., Basani, M. 2022. Cultura de innovación en el sector de agua, saneamiento y residuos sólidos en América Latina y el Caribe: el caso de la empresa pública metropolitana de agua potable y saneamiento de Quito (EPMAPS). Banco Interamericano de Desarrollo, 1-58. http://dx.doi.org/10.18235/0004121
[7] DANE. 2019. Gran Encuesta Integrada de Hogares (GEIH). [Disponible en: https://microdatos.dane.gov.co/] (Acceso: 24 de febrero de 2023)
[8] Ministerio de Vivienda. 2020. Calidad de agua para consumo humano. [Disponible en: https://www.minvivienda.gov.co/] (Acceso: 24 de febrero de 2023).
[9] Ministerio de Vivienda. 2021. Plan Nacional de Abastecimiento de Agua Potable y Saneamiento Rural. [Disponible en: https://minvivienda.gov.co/] (Acceso: 25 de febrero de 2023).
[10] Gobernación de Córdoba. 2021. Córdoba avanza en agua potable y saneamiento básico. Gobierno de Orlando Benítez logra recursos importantes para atender este sensible sector social. [Disponible en: https://www.cordoba.gov.co/] (Acceso: 25 de febrero de 2023).
TECNOLOGÍAS PARA TRATAMIENTO DE AGUA
ACUEDUCTOS CONVENCIONALES
Los acueductos suelen emplearse comúnmente en los tratamientos a gran escala para ciudades con una población de más de 1,500 habitantes por kilómetro cuadrado. Estos sistemas se conforman por una secuencia continua de diferentes componentes o partes que tienen un propósito de descontaminación específico, denominados como “procesos unitarios”. Los acueductos más empleados empiezan con una etapa preliminar, donde se recolecta el agua contaminada por bombeo o gravedad (dependiendo de la ubicación de la planta) y se determina el flujo o caudal que atraviesa el sistema. En esta etapa, además, el agua pasa a través de rejillas para eliminar los sólidos de mayor tamaño provenientes de las fuentes de extracción. Posteriormente se aplican técnicas de coagulación por gravedad o por adición de sustancias químicas, logrando la precipitación de sólidos en suspensión o coloides. Después, se lleva a cabo la floculación, que tiene como propósito principal eliminar la materia orgánica en coloides o degradación mediante procesos de oxidación y decantación de lodos, los cuales se almacenan en un tanque adicional propuesto para remoción por deshidratación. Por último, el agua proveniente de la decantación atraviesa un tratamiento terciario que presenta procesos de cloración para remover microorganismos o agentes patógenos que son retenidos por filtros en el fondo del tanque para dar paso a la liberación del agua tratada mediante procesos de distribución subterránea. Los procesos mencionados se pueden visualizar en la Figura 2 [1-3].
Figura 2. Procesos de tratamiento realizados en un acueducto convencional para liberación de agua tratada [4].
Ahora bien, aunque estos procesos son altamente eficientes en el tratamiento de aguas para consumo humano presentan una funcionalidad limitada porque no ejecutan procesos diferentes a la obtención de agua para otro tipo de aplicaciones. Adicionalmente, debido a los sistemas de distribución que poseen, su uso es limitado o nulo en poblaciones rurales que suelen tener viviendas con ubicación dispersa. Por otro lado, es necesario que la zona de ejecución presente una disponibilidad considerable del recurso hídrico, por lo que este tipo de tratamiento no suele emplearse en regiones rurales donde prevalezca la escasez de fuentes hídricas [5, 6].
BIBLIOGRAFÍA
[1] Ewerts, H., Swanepoel, A., Preez, H. 2013. Efficacy of conventional drinking water treatment processes in removing problem-causing phytoplankton and associated organic compounds. Water SA, 39(5), 739-750. http://dx.doi.org/10.4314/wsa.v39i5.19
[2] Choi, K.J., Kim, S.G., Kim, C.W., Park, J. 2006. Removal efficiencies of endocrine disrupting chemicals by coagulation/flocculation, ozonation, powdered/granular activated carbon adsorption, and chlorination. Korean Journal of Chemical Engineering, 23, 399–408. https://doi.org/10.1007/BF02706741
[3] Bukhary, S., Batista, J., Ahmad, S. 2020. Design Aspects, Energy Consumption Evaluation, and Offset for Drinking Water Treatment Operation. Water, 12(6), 1772. https://doi.org/10.3390/w12061772
[4] Representación de "Proceso de tratamiento de agua en acueductos convencionales". Adaptado de BioRender.com (2023).
[5] Henao, C., Rúa, E. 2022. Implementación de sistemas de alcantarillado no convencionales en zonas de difícil acceso. Caso de estudio quebrada el Pomal, Bello, Antioquia. Trabajo de grado especialización, Universidad de Antioquia.
[6] Abuhasel, K., Kchaou, M., Alquraish, M., Munusamy, Y., Tzyy, Y. 2021. Oily Wastewater Treatment: Overview of Conventional and Modern Methods, Challenges, and Future Opportunities. Water, 13(7), 980. https://doi.org/10.3390/w13070980
ÓSMOSIS INVERSA
La técnica de ósmosis inversa es una de las tecnologías preestablecidas para tratamiento de agua capaz de entregar un producto de alta pureza. Este proceso se genera mediante la aplicación de un flujo de agua a través de una membrana semipermeable con poros de 0,1 a 1 nm, que retiene bacterias, coloides de alto peso, macromoléculas y sales. En cuanto a aspectos operacionales, estos sistemas necesitan un pretratamiento antes de llegar a la membrana, ya que el paso directo del agua contaminada podría generar problemas de ensuciamiento como consecuencia de una obstrucción en los poros de la membrana por parte de los contaminantes de gran tamaño. Asimismo, posterior al paso por la membrana se debe contar con un posfiltro, que permita eliminar cualquier tipo de remanente. Cabe resaltar que, durante todo el proceso es necesario una fuente que proporciona presión como fuerza impulsora. En otra instancia, es indispensable la instalación de un tanque de reserva para almacenar los contaminantes eliminados durante el proceso, los cuales suelen presentar una relación 2:1 desagüe-agua tratada [1-3]. El esquema del sistema se puede visualizar mediante la Figura 3.
Figura 3. Representación gráfica de un sistema de ósmosis inversa.
Ahora, si bien este tipo de técnica es sumamente reconocido por su capacidad para llevar a cabo procesos de desalinización, presenta desventajas en relación a los altos costos que conllevan los filtros adicionales, los sistemas de alta presión, el costo de las membranas, entre otros. Adicionalmente, es necesario que se presente una alta disponibilidad del recurso hídrico para generar un solo ciclo de tratado que, además, presentará un rendimiento desfavorable en relación al “desagüe”. Finalmente, se hace imperante mencionar que, aunque estos sistemas tienen capacidad para captar agua de mar como flujo de entrada, no proporcionan otro tipo de flujo de salida diferente al agua para consumo humano y, teniendo en cuenta que pueden eliminar hasta el 95 % de las sales disueltas en el medio, en algunos casos es necesario emplear filtros remineralizadores para agregar nuevamente minerales necesarios que han sido eliminados en los procesos de filtración [4-6].
BIBLIOGRAFÍA
[1] Garud, R., Kore, S., Jore, V., Kulkarni, G. 2011. A Short Review on Process and Applications of Reverse Osmosis. Universal Journal of Environmental Research and Technology. 1(3), 233-238.
[2] Nicolaisen, B. (2003). Developments in membrane technology for water treatment. Desalination, 153(1-3), 355–360. https://doi.org/10.1016/S0011-9164(02)01127-X
[3] Malaeb, L., Ayoub, G. 2011. Reverse osmosis technology for water treatment: State of the art review. Desalination, 267(1), 1-8. https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.09.001
[4] Jiang, L., Tu, Y., Li, X., Li, H. 2018. Application of reverse osmosis in purifying drinking water. E3S Web of Conferences, 38, 01037. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20183801037
[5] Zinicovscaia, I. 2016. Conventional Methods of Wastewater Treatment. In: Zinicovscaia,I., Cepoi, L.Eds. Cyanobacteria for Bioremediation of Wastewaters, Springer, 17–25. https://doi.org/10.1007/978-3-319-26751-7_3
[6] Shannon, M., Bohn, P., Elimelech, M., Georgiadis, J., Mariñas, B., et al. 2008. Science and technology for water purification in the coming decades. Nature, 452(7185), 301–310. https://doi.org/10.1038/nature06599
RETENCIÓN EN FASE LÍQUIDA ASISTIDA POR POLÍMEROS (RFLP)
La Retención en Fase Líquida Asistida por Polímeros (RFLP) es una técnica que se desarrolló en el año 1979, la cual plantea el uso de membranas de ultrafiltración y polímeros funcionales solubles en agua para la remoción de iones contaminantes acuosos. En el proceso de remoción se utiliza una fuente de presión externa (100 - 500 kPa) como fuerza impulsora del sistema, teniendo en cuenta que, los procesos de retención de contaminantes se generan en la celda de ultrafiltración, donde estos interactúan con los polímeros funcionales generando una nueva macromolécula que es retenida por la membrana mediante un mecanismo de exclusión por tamaño [1-4].
Figura 4. Sistema de Retención en Fase Líquida asistida por Polímeros (RFLP) para tratamientos de agua [5].
Aunque estos sistemas han demostrado una alta eficiencia para la remoción de iones, presentan limitaciones debido a la saturación del polímero luego de varios ciclos del proceso, denominada como capacidad máxima de retención, que genera una pérdida en la solubilidad y aumenta el riesgo de precipitación del polímero sobre la membrana de ultrafiltración, generando así, procesos de ensuciamiento en esta y una inminente disminución de su permeabilidad. Consecuentemente, se hacen necesarios procesos de tratamiento y mantenimiento, lo que incrementa los costos de operación del sistema y reduce la vida útil de la membrana. Por otro lado, aunque estos sistemas emplean presiones menores a las que comúnmente se utilizan en ósmosis inversa, se siguen necesitando sistemas de presión que actúen como fuerza impulsora, aumentando costos asociados a la implementación de este tipo de sistemas [6-8].
BIBLIOGRAFÍA
[1] Rivas, B., Pereira, E., Palencia, M., Sánchez, J. 2011. Water-soluble functional polymers in conjunction with membranes to remove pollutant ions from aqueous solutions. Progress in Polymer Science, 36(2), 294-322. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2010.11.001
[2] Cassano, A., Figoli, A., Galiano, F., Argurio, P., Molinari, R. 2013. Membrane operations in wastewater treatment: complexation reactions coupled with membranes, pervaporation and membrane bioreactors. Handbook of Membrane Reactors, 731–762. https://doi.org/10.1533/9780857097347.4.731
[3] Palencia, M., Vera, M., Rivas, B. 2014. Modification of ultrafiltration membranes via interpenetrating polymer networks for removal of boron from aqueous solution. Journal of Membrane Science, 466, 192-199. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2014.05.003
[4] Palencia, M., Martínez, J., Arrieta, Á. 2017. Removal of acid blue 129 dye by Polymer-Enhanced Ultrafiltration (PEUF). Journal of Science with Technological Applications, 2, 65-74. M. https://doi.org/10.34294/j.jsta.17.2.15
[5] Representación de "Proceso de tratamiento de agua mediante Retención en Fase Líquida Asistida por Polímeros (RFLP)". Adaptado de BioRender.com (2023).
[6] Zinicovscaia, I. 2016. Conventional Methods of Wastewater Treatment. In: Zinicovscaia, I., Cepoi, L.Eds. Cyanobacteria for Bioremediation of Wastewaters, Springer, 17–25. https://doi.org/10.1007/978-3-319-26751-7_3
[7] Crini, G., Morin, N., Fatin, N., Déon, S., Patrick, F. 2017. Metal removal from aqueous media by polymer-assisted ultrafiltration with chitosan. Arabian Journal of Chemistry, 10(2), 3826-3839. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2014.05.020
[8] Palencia, M., Rivas, B., Pereira, E. 2009. Metal ion recovery by polymer-enhanced ultrafiltration using poly(vynil sulfonic acid): Fouling description and membrane-metal ion interaction. Journal of Membrane Science, 345(1-2), 191-200. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2009.08.044
SISTEMA BINARIO POLÍMERO-MEMBRANA
En concordancia con las problemáticas relacionadas a las tecnologías expuestas, se hace imperante el planteamiento de un nuevo sistema de tratamiento de agua capaz de suplir las necesidades de comunidades rurales, resaltando que la técnica a desarrollar debe presentar facilidad operativa, viabilidad en poblaciones dispersas y bajos costos de operación y mantenimiento. En este sentido, una de las técnicas que cumple con dichas características es aquella que emplea membranas de filtración, las cuales pueden retener agentes patógenos, contaminantes de gran tamaño, entre otros. Sin embargo, la disposición de membranas de osmosis inversa y ultrafiltración presentan inconvenientes asociados a las altas presiones y su eventual ensuciamiento. Las membranas de microfiltración, representan una solución a dichas falencias, debido a que estas no requieren fuentes de presión externas para generar la retención de contaminantes [1-4]. Por consiguiente, los costos de operación asociados al sistema disminuirían de manera considerable, dada la reducción en el costo de las membranas y la adquisición de sistemas de presión. No obstante, el tamaño de los poros en las membranas microfiltración (0,1-10 µm) permite exclusivamente la retención de solutos de alto peso molecular y no soluciona la problemática asociada al ensuciamiento, por lo que se debe plantear una segunda fase o tecnología que apoye la función de las membranas en la retención de contaminantes en el medio.
Ahora bien, aunque el uso de polímeros funcionales solubles permite la retención de contaminantes presentes en medio acuoso, no satisface las problemáticas expuestas en su totalidad, puesto que se continúan evidenciando falencias relacionadas con la capacidad máxima de retención y la precipitación del polímero sobre la membrana [5-8]. Una potencial solución a dicho problema consiste en el empleo de polímeros funcionales anclados a soportes de baja densidad insolubles en agua que impidan la obstrucción superficial de los polímeros sobre las membranas, disminuyendo costos en procesos de mantenimiento para estas, probabilidad de ensuciamiento y facilitando la descarga del polímero para posteriores ciclos de tratamiento. La representación del sistema planteado se puede visualizar en la Figura 5.
Figura 5. Representación gráfica de sistema binario polímero membrana (PFS-MF).
BIBLIOGRAFÍA
[1] Anis, S., Hashaikeh, R., Hilal, N. 2019. Microfiltration membrane processes: A review of research trends over the past decade. Journal of Water Process Engineering, 32, 100941. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.100941
[2] Van der Bruggen, B. 2018. Microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, reverse osmosis, and forward osmosis. In Luis, P. Eds. Fundamental Modeling of Membrane Systems. Membrane and Process Performance, 25–70. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813483-2.00002-2
[3] Meier-Haack, J., Booker, N., Carroll, T. 2003. A permeability-controlled microfiltration membrane for reduced fouling in drinking water treatment. Water Research, 37(3), 585–588. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(02)00360-3
[4] Palencia, M., Martínez-Lara, J., Chate-Galvis, N., Durango-Petro, J. 2022. Functionality-Structure Relationship into Functional Polymeric Nanocomposite Membranes for Removal and Monitoring of Pollutants in Fluid Phases. In: Shalan, A.E., Hamdy Makhlouf, A.S., Lanceros‐Méndez, S. (eds). Advances in Nanocomposite Materials for Environmental and Energy Harvesting Applications. Engineering Materials. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-94319-6_10
[5] Wang, S., Liu, C., Li, Q. 2011. Fouling of microfiltration membranes by organic polymer coagulants and flocculants: Controlling factors and mechanisms. Water Research, 45(1), 357–365. https://doi.org/10.1016/j.watres.2010.08.009
[6] Dong, C., He, G., Li, H., Zhao, R., Han, Y., et al. 2012. Antifouling enhancement of poly(vinylidene fluoride) microfiltration membrane by adding Mg(OH)2 nanoparticles. Journal of Membrane Science, 387-388, 40–47. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2011.10.007
[7] Mora M.A., Espinosa-Duque A., Palencia M. 2021. An Overview about Retention in Separation Systems. Journal of Science with Technological Applications, 11, 24-40. https://doi.org/10.34294/j.jsta.21.11.72
[8] Rivas, B. L., Sánchez, J., Palencia, M. 2016. Organic membranes and polymers for the removal of pollutants. Nanostructured polymer membranes. In: Visakh, P., Nazarenko, O. (eds). Nanostructured Polymer Membranes, Scrivener Publishing, 1, 203-236.
¿CUÁL ES EL SISTEMA ÓPTIMO PARA TRATAMIENTO DE AGUA EN COMUNIDADES RURALES?
Con el propósito de determinar cuál de las alternativas anteriormente descritas cumple con los objetivos planteados para el desarrollo del proyecto, se realizó una evaluación relacionada a la generación de servicios de aseguramiento de la calidad del agua, incremento en la oferta tecnológica y obtención de productos que beneficien a las poblaciones objetivo y al departamento en general. Los resultados obtenidos para cada tecnología e indicador propuesto se exponen en la Tabla 3.
Tabla 3. Evaluación de alternativas propuestas para tratamiento de agua en comunidades rurales de acuerdo a factores de servicios, tecnología y productos.
De acuerdo con los resultados exhibidos para cada una de las tecnologías, se determinó que la tecnología con mayor viabilidad, que concuerda con los objetivos del proyecto y permite su desarrollo es la alternativa de un sistema binario de polímeros funcionales soportados y membranas de microfiltración (PFS-MS), ya que la implementación de este no solamente permite el aseguramiento en la calidad del agua para diferentes sectores productivos y sociales, sino que permite incrementar la oferta tecnológica del departamento.
BENEFICIOS PARA EL DEPARTAMENTO
Los beneficios planteados en el transcurso y finalización del proyecto se centran en cuatro ejes principales: capacidad tecnológica instalada, productos de innovación, productos de nuevo conocimiento y población intervenida, resaltando que el cumplimiento de cada uno depende de la realización y aplicación de diferentes productos y metas. Lo anteriormente descrito se pueden contemplar de manera detallada en la Figura 6.
Figura 6. Descripción de beneficios para el departamento de Córdoba con base en diferentes ámbitos abordados en el proyecto.
*CTeI: Ciencia, tecnología e innovación.
PRODUCTOS
Los productos prospectivos que se estipulan en cada año del proyecto fueron definidos de acuerdo al objetivo general y los objetivos específicos. La distribución de productos por año se puede visualizar en la Tabla 4.
Tabla 4. Productos proyectados por cada año del proyecto.
* I+D+i = Investigación, desarrollo e innovación.
AVANCES
Hasta la fecha, con las asociaciones beneficiarias se han llevado a cabo socializaciones del proyecto; visitas técnicas de caracterización de los ambientes relevantes de evaluación de la tecnología; firma de convenios de trabajo; capacitaciones y talleres para la implementación de buenas prácticas agrícolas (BPA) y buenas prácticas de producción piscícolas (BPPA) y, finalmente, seguimientos y apoyo de los procesos de las asociaciones mediante visitas (Ver Figura 7).
Figura 7. Avances en relación a actividades productivas en el primer año del proyecto.
Además, con el propósito de dar cumplimiento a las actividades de difusión descritas en las metas del primer año del proyecto, se plantearon y ejecutaron tres talleres teórico-prácticos enfocados en el mejoramiento de las actividades productivas mediante la implementación de nuevas tecnologías en el sector agrícola y acuícola para las asociaciones y en la creación de grupos de investigación para las instituciones educativas, con este fin, se desarrollaron capacitaciones, visitas en ambiente relevante, presentación de estrategias, entre otros. Las evidencias de los tres talleres implementados se exhiben en la Figura 8.
Figura 8. Implementación de actividades de difusión mediante talleres teórico-prácticos.
Por otro lado, se realizó un curso a favor de mejorar competencias de desarrollo tecnológico, efectuando así, uno de los productos relacionados a servicios de apoyo para entrenamientos especializados. Adicionalmente, en concordancia con otro de los productos asociados a este último ítem, se ejecutó un entrenamiento especializado en gestión de la innovación para cinco profesionales de diferentes áreas. Las evidencias de estas actividades se pueden visualizar en la Figura 9.