En los últimos años la escasez del agua ocasionada principalmente por el crecimiento poblacional y el aumento de las actividades productivas ha generado una presión en el abastecimiento de agua. Se considera que para el año 2030 se presente un déficit global de agua de hasta un 40% y por lo tanto un aumento en la contaminación de este recurso.
La reutilización de aguas residuales es una alternativa para reducir el consumo de fuentes naturales, sin embargo, la presencia de contaminantes en ella es una de las principales limitantes para su aplicación. Actualmente existen diferentes métodos para la eliminación de contaminantes y purificación del agua, entre las que se puede mencionar el uso de membranas de filtración, la cual es una estrategia de tratamiento de agua con bajo requerimiento energético, bajo impacto ambiental y que puede generar agua con excelente calidad.
Pero… ¿qué son las membranas?
Las membranas son materiales que funcionan como barrera para concentrar o separar componentes de un fluido. Estas han sido aplicadas en diferentes sistemas como la purificación de lácteos, producción de alimentos, almacenamiento de energía y como se mencionó anteriormente en la eliminación de contaminantes. La principal característica de una membrana es la presencia pequeños orificios denominados poros, los cuales permiten el paso del agua a través de ellos, y reteniendo contaminantes con mayor tamaño.
Específicamente para el tratamiento de aguas residuales, las membranas se clasifican de acuerdo al tamaño de sus poros y por tanto en el tipo de contaminantes que pueden retener y eliminar. Esta clasificación se divide en:
- Membranas de microfiltración (MF) con tamaño de poros entre 0.1 y 10 micrómetros (1 micrómetro es la milésima parte de un milímetro) en donde se separan pequeñas partículas solidas conocidas como solidos suspendidos y algunos microorganismos.
- Membranas de ultrafiltración (UF) con tamaño de poro de 1 y 100 nanómetros (1 nanómetro es la millonésima parte de un milímetro) para la eliminación de partículas en suspensión
- Membranas de nanofiltración (NF) con tamaño de poro de 0.1 y 1 nanómetro y separan átomos de elementos químicos como el cobre, aluminio o azufre.
- Membranas de osmosis inversa (RO) con tamaño de poro menor de 0.1 nanómetros para separar átomos de elementos de menor tamaño como iones cloruro y sodio.
¿Cómo se obtiene el mismo tamaño en los poros de las membranas?
Una de las características más importantes en el uso de membranas porosas para el tratamiento de aguas residuales es el control del tamaño de sus poros, ya que este determinará los componentes que serán eliminados, así como la calidad del agua tratada y sus posibles aplicaciones.
Existen diferentes técnicas de formación de poros en donde los materiales que la constituyen son tratados con altas temperaturas, presiones o campos eléctricos y condiciones específicas que dificultan su formación en todo el grosor de la membrana de manera sencilla. No obstante, una alternativa ante las técnicas mencionadas es el uso de plantillas, donde se utilizan materiales externos conocidos como porógenos que sirven como molde para generar un poro de tamaño y forma controlado una vez que es retirado. Entre estas técnicas se encuentran la técnica de “panal de abeja” o las emulsiones, que utilizan gotas de agua como porógeno.
De forma específica, la técnica de “panal de abeja” se basa en contactar el polímero previamente disuelto en algún solvente en una cámara de alta humedad para permitir que las gotas de agua se posicionen en la superficie de la solución al evaporarse el solvente. Sin embargo, esta técnica no logra que las gotas de agua se coloquen en la parte interna de la membrana y por tanto su porosidad se ve favorecida solo en la parte superficial. Por otra parte, para las emulsiones se hace uso de una sustancia que de acuerdo a sus características permite envolver las gotas de agua (surfactante) y al evaporarse dejar el espacio vacío que servirá como poro en la membrana. Esta técnica se ha utilizado en complemento con otras para aumentar la porosidad de las membranas y mejorar sus propiedades de filtración.
A partir de lo anterior, en la División de Ciencias Ambientales del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (IPICYT) se han investigado la generación de nuevas técnicas para la formación de membranas que mejoren los procesos actuales e impulsen la reutilización del recurso como medida para disminuir la escasez actual. Una de las nuevas técnicas que se han estudiado es la técnica ECE (Evaporación-Condensación-Emulsión) que une las dos técnicas antes mencionadas y permite la generación de más del doble del porcentaje de porosidad que las técnicas individuales, además de lograr la unión entre los poros a lo largo de la membrana. Aunado a lo anterior, presenta un aumento en el tamaño del poro para poder tratar un mayor número de contaminantes y así ser considerada para usarse en el tratamiento de aguas residuales. La técnica ECE, brinda las características deseadas para considerarse como alternativa en la mejora de los procesos actuales.
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