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Por: Doctor José René Rangel Méndez y Doctor César Nieto Delgado
El agua es un recurso natural indispensable para la vida, además de ser un componente importante en todos los sectores productivos de la sociedad moderna. En nuestro planeta, existe una gran cantidad de este líquido, ya que cerca de 71 por ciento de la corteza terrestre está cubierta por agua; sin embargo, únicamente tres por ciento es agua dulce, de la cual un gran porcentaje no es de fácil acceso, ya que forma los casquetes polares y glaciares. En este balance, se estima que solamente 0.8 por ciento del agua de nuestro planeta es dulce y accesible al ser humano; se localiza en reservorios como ríos, lagos y acuíferos. El agua del subsuelo es una proporción importante de las fuentes hídricas para consumo humano; sin embargo, su gestión es difícil, dada su sensibilidad a la contaminación y su sobreexplotación.
En nuestro país, una de las principales amenazas a la calidad del agua de reservorios subterráneos son los accidentes de derrame de hidrocarburo. De manera particular, en eventos de derrame, hidrocarburos ligeros como la gasolina o de peso medio como el diésel penetran el subsuelo, utilizando canales de recarga de los acuíferos. Parte de estos compuestos orgánicos son retenidos por los distintos constituyentes del suelo, pero el resto entra en contacto con el agua en la zona saturada. Al alcanzar el depósito subterráneo de agua, la fracción soluble del hidrocarburo adquiere la movilidad propia del acuífero, incrementando rápidamente su concentración en el reservorio, aumentando el área de influencia del derrame. Como consecuencia, el acuífero queda inhabilitado para su explotación, encareciendo la extracción de agua al tener que extraerse de acuíferos más profundos.
La rehabilitación de un cuerpo de agua subterráneo impactado por un derrame de hidrocarburo es una actividad compleja que depende de factores como la naturaleza del depósito de agua, el tipo de hidrocarburo derramado y la profundidad de la zona saturada.
Una parte fundamental de la rehabilitación del acuífero es la extracción, tratamiento y posterior re-inyección del agua. Esto genera barreras hidráulicas para contener la migración del contaminante, además de reducir su concentración. El tratamiento del líquido representa un reto mayúsculo, debido a las particularidades de cada reservorio y a la partición del hidrocarburo en distintas fracciones, incluyendo: el hidrocarburo libre, separado de la fase líquida y ubicado en la parte superior del acuífero; hidrocarburo en fase micelar, conformado por una micro emulsión de hidrocarburo en el agua, y el hidrocarburo soluble.
En este sentido, académicos de la división de ciencias ambientales del IPICYT han logrado empatar su capacidad con las necesidades de consultoras de remediación ambiental para desarrollar sistemas de tratamiento de agua contaminada con hidrocarburos. De manera particular, los doctores René Rangel y César Nieto han sido responsables del diseño, instalación y operación de una planta de tratamiento de agua proveniente de un acuífero contaminado con grandes cantidades de hidrocarburo.
En este proyecto se aprovecha el conocimiento de especialistas en el área de tratamiento de agua, junto con infraestructura analítica de punta para la selección de las operaciones unitarias que permitan lograr los niveles de saneamiento necesarios. Ambos aspectos representan ventajas competitivas para el sector de remediación ambiental, ya que es posible diseñar plantas de tratamiento ad-hoc que resuelvan las particularidades de éstos sistemas complejos.
La iniciativa involucró la instalación de la infraestructura requerida para el procesamiento de 12,000 litros de agua contaminada por hora mediante procesos fisicoquímicos. De manera general, el tren de tratamiento incluye: bandas oleofílicas para la recuperación de hidrocarburo libre; tanques de coalescencia y sedimentadores para la captura del hidrocarburo micelar; columnas de lecho empacado para la adsorción del hidrocarburo soluble y, finalmente, un proceso de oxidación avanzada para eliminar trazas de hidrocarburo.
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El líquido generado por la planta de tratamiento cumplió con la calidad necesaria para ser infiltrada en el acuífero de acuerdo a lo indicado en la NOM-014-CONAGUA que indica los requisitos para la recarga artificial de reservorios con agua residual tratada. En la primera etapa de éste proyecto se logró procesar 35 millones de litros de agua, mejorando considerablemente la calidad del cuerpo de agua subterráneo. El éxito obtenido en el desarrollo del proyecto mencionado ha permitido consolidar proyectos similares, como el diseño de plantas de tratamiento para las actividades de remediación del acuífero localizado en un aeropuerto internacional en el centro de la república mexicana.
Otra gran oportunidad que se ha presentado a los investigadores es el diseño de plantas de tratamiento específicas para depurar agua residual proveniente del sector industrial. De acuerdo a cifras de la comisión nacional del agua, de cada 100 litros de agua utilizados en México, cuatro son empleados por la industria. En este balance, el sector industrial aparentemente no representa una presión considerable en el uso del recurso hídrico; sin embargo, para visualizar su impacto es necesario considerar la ubicación de las empresas respecto a la disponibilidad del agua.
México cuenta con poco menos de 450 mil millones de metros cúbicos de agua renovable, siendo ésta la cantidad máxima de agua que es factible explotar anualmente sin alterar el ecosistema. El agua renovable es equivalente al recurso restaurado por la lluvia. Del agua renovable en México, solamente 33 por ciento está disponible en el norte y noreste del país; en contraste, la región norte, centro y noroeste del país concentra la mayor proporción de actividades económicas, ya que 80 por ciento del producto interno bruto nacional y 77 por ciento de la población se encuentran en esta región. Esto se traduce en un escenario en el que existe una gran presión por el recurso hídrico en las zonas en donde se tiene una menor disponibilidad. Para solventar esta necesidad, es necesario generar estrategias para reintegrar el agua residual al proceso industrial.
En este sentido, académicos de la División de Ciencias Ambientales del IPICYT han colaborado con el sector industrial en el diseño y construcción de plantas para el tratamiento de agua residual de proceso (no sanitaria), y producir agua tratada con la calidad adecuada para ser utilizada nuevamente en su proceso.
El proyecto más reciente es la planta de tratamiento de agua residual contaminada, generada durante las actividades de mantenimiento en una empresa de manufactura de equipo electromecánico ubicada en la zona industrial de San Luis Potosí. La compañía genera aproximadamente 6,000 litros de agua residual por día, la cual se caracteriza por tener una alta cantidad de grasas y aceites (3,500 mg/L), sólidos suspendidos (11,500 mg/L), surfactantes (7,000 mg/L), demanda química de oxígeno (100,000 mg/L) y metales pesados.
La planta de tratamiento diseñada generará agua tratada que cumpla con los límites máximos permisibles de contaminantes de acuerdo a la NOM-003-SEMARNAT; contempla unidades para la recuperación de grasas y aceites libres, una unidad de clarificación, remoción de contaminantes disueltos mediante filtros de columna empacada y un proceso de oxidación avanzada para desinfección. La iniciativa requiere una inversión económica importante por parte de la empresa; sin embargo, el retorno de la inversión es atractivo para la industria, tomando en cuenta el gasto que implica confinar el agua residual sin tratamiento.
Con los ejemplos mencionados anteriormente, se demuestra que es posible generar un impacto importante al empatar las capacidades técnicas-científicas de los académicos de centros de investigación con las necesidades de la iniciativa privada. En ambos casos, el conocimiento a fondo los fenómenos involucrados en los procesos de tratamiento de agua aportado por los académicos ha permitido generar esquemas de tratamiento fuera de lo convencional; esto implica una ventaja competitiva para las empresas que están dispuestas a vincularse con centros de investigación como el IPICYT.
Autores
El doctor José René Rangel Méndez es ingeniero químico con maestría en la misma área por la Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Doctor en procesos de separación por la Universidad de Lougborough de Inglaterra. Investigador asociado de 2001 a 2004 en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad Estatal de Pennsylvania en Estados Unidos. Profesor visitante en el Institute for Molecular and Nanoscale Innovation de la Universidad de Brown en Estados Unidos. Actualmente, es jefe de la División de Ciencias Ambientales del IPICYT. Correo electrónico: rene@ipicyt.edu.mx
El doctor César Nieto Delgado es químico por la Universidad Autónoma de San Luis Potosí y doctor en Ciencias Aplicadas en la opción de ciencias ambientales por el IPICYT. Investigador posdoctoral de 2011 a 2014 en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad Estatal de Pennsylvania. Actualmente, es investigador titular de la División de Ciencias Ambientales del IPICYT, desempeñando dicho cargo desde 2015. Correo electrónico: cesar.nieto@ipicyt.edu.mx
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