La innovadora tecnología chilena para tratar aguas servidas que aumenta la eficiencia y ahorra costos

La cantidad de aguas servidas descontaminadas o tratadas en las ciudades del país alcanzó en 2022 los 1.225 millones de metros cúbicos, de acuerdo con las cifras de la Asociación Nacional de Empresas de Servicios Sanitarios (Andess). Lo anterior se realiza mediante 302 sistemas de depuración de diversos tamaños distribuidos en todo el país. Este volumen de agua tratada alcanzaría para llenar medio millón de piscinas olímpicas.

Para efectuar esta labor, las empresas sanitarias usan la tecnología convencional de lodos activados en un 90% de las plantas, el que consiste en suministrar aire en un tanque de aireación para promover el crecimiento de microorganismos, como las bacterias heterótrofas, que crecen en el agua servida o residual y que transforman la materia orgánica disuelta en nuevas bacterias, dióxido de carbono y agua depurada. En este proceso es clave la inyección de grandes volúmenes de oxígeno (aire), pero el problema es que solo se aprovecha en promedio el 25% del mismo, generando costos elevados y uso intensivo de energía.

Ante esta problemática, Marcelo Aybar, Ingeniero Civil Ambiental PUC, Doctor de la Universidad de Notre Dame (Estados Unidos) e investigador de la Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Diseño de la Universidad San Sebastián (USS), desde que egresó de su doctorado ha venido analizando cómo hacer más eficiente la incorporación de oxígeno a los reactores que utilizan las plantas de tratamiento de aguas residuales. En esos años en Norteamérica, junto a su profesor guía, Robert Nerenberg, comenzaron a estudiar el tratamiento de aguas mediante reactores de Biopelícula Basado en Membranas Aireadas (MABR en su sigla en inglés), tecnología innovadora y alternativa a los tratamientos convencionales de aguas residuales.

A su regreso en 2016, mantuvo esta línea de investigación, con la sorpresa de que en el país era prácticamente desconocida por la industria sanitaria. Por lo anterior comenzó un desarrollo propio, primero en la U. de Concepción y, desde 2021, en la USS.

“Cuando volví del doctorado noté que en el país operan muy bien las empresas sanitarias, con excelentes indicadores, como el tratamiento del 100% de las aguas servidas o en la cobertura de casi el 100% de agua potable en las ciudades. Pese a esto, ello se logra con tecnologías convencionales, lo que quiere decir que no necesariamente se están consiguiendo estas metas sanitarias de manera eficiente. Las tecnologías que está usando la industria sanitaria logran su cometido, son efectivas al cumplir con la normativa, pero no ponen foco en la eficiencia y se gastan muchos recursos en su operación”, afirma el investigador USS.

El enfoque de la innovación que plantea el Dr. Aybar y su equipo de la USS busca aumentar la eficiencia de los sistemas de tratamiento de aguas residuales sin tener que incurrir en los grandes gastos que implicaría reemplazar los sistemas actuales por otros que se ofrecen en países desarrollados o bien construir nuevas plantas convencionales.

“Esta tecnología entrega oxígeno de una manera mucho más eficiente a los microorganismos que depuran el agua residual, en comparación con el método tradicional que deja escapar una gran cantidad de oxígeno que no alcanzan a usar las bacterias. Con la nueva tecnología que estamos desarrollando en el suministro de oxígeno no se generan burbujas que se vayan a la atmósfera, porque se les entrega directamente disuelto a los microorganismos encargados de la limpieza del agua y que crecen alrededor de estas membranas, alcanzando una eficiencia de transferencia de oxígeno entre 70% y hasta el 90%”, afirma el Dr. Aybar.

En concreto, la nueva tecnología se basa en membranas de fibras huecas permeables, similares a una bombilla, que se conectan a compresores o sopladores en un extremo. Las paredes de estas membranas logran que el oxígeno salga hacia los microorganismos. Sobre estas paredes crecen y proliferan las bacterias que descontaminan el agua, degradando el material orgánico contaminado. Así, disminuye notablemente la pérdida de oxígeno, ya que se introduce de manera molecular por la pared de la fibra sin salir al agua como ocurre en los sistemas convencionales.

El investigador resalta aspectos clave de la tecnología: se gasta menos energía en el traspaso del oxígeno que permite a las bacterias vivir y reproducirse. También es posible reacondicionar sistemas existentes convencionales de lodos activados para incrementar las capacidades de estas plantas de tratamiento. La operación del sistema es apoyada por un sistema de control inteligente que ajusta automáticamente el suministro de oxígeno de acuerdo con las necesidades del proceso en tiempo real para que la eficiencia del tratamiento pueda aumentar considerablemente, reduciendo también el consumo energético y de gases de suministro.

El Dr. Aybar agrega que “este incremento de la capacidad de tratamiento es sumamente importante. Muchas de las plantas en Chile están llegando al límite de su capacidad con el riesgo de impactos en los ecosistemas y la salud de las personas, en la eventualidad de que no pueda absorber los volúmenes generados de aguas servidas por una población en crecimiento. Este es un punto crítico, pues las empresas deben tomar la decisión de ampliar o de construir nuevas plantas, lo que es carísimo. Esas inversiones, además, pueden impactar en las tarifas reguladas que se cobran a los clientes. Con esto, la solución que planteamos desde la USS es acoplar la tecnología MABR dentro de los reactores existentes para aumentar la capacidad de tratamiento al considerar una mayor concentración de bacterias, junto con incrementar la velocidad de la depuración de las aguas”.

Marcelo Aybar también destaca que, con ello, es posible hacer más resiliente el tratamiento de estas aguas residuales ante eventos peaks de concentración de aguas servidas o ante grandes lluvias que pueden desbordar estas plantas. O bien, por el vertimiento de residuos líquidos concentrados de industrias a los sistemas de alcantarillado que canalizan las aguas a las plantas de tratamiento.

Esta iniciativa comenzó gracias al apoyo de Fondecyt de Iniciación en Investigación para la compra de equipos y luego del Fondef IDeA I+D, ambos de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID), lo que hizo posible que el prototipo de laboratorio escale hacia una versión piloto industrial. “Vamos a probar nuestro proyecto a fin de año con aguas residuales reales en una planta de tratamiento de la empresa ESSBIO para evaluar el desempeño de esta tecnología”, afirma el Dr. Aybar. Se trata de un modelo con capacidad de 1 metro cúbico y con membranas de fibra hueca de una longitud de 1.500 metros que están enrolladas.

Respecto de las perspectivas de esta innovación, el investigador USS revela que “estamos avanzados en el proceso de patentamiento de esta tecnología, preparando una solicitud ante el Instituto Nacional de Propiedad Industrial (INAPI)”, según los compromisos con el Fondef. También afirma que está trabajando con la Oficina de Transferencia y Licenciamiento de la USS para las definiciones que permitan que este proyecto no quede en una buena idea, sino que pueda impactar positivamente en el mejoramiento de los sistemas de tratamiento de aguas residuales del país o en el extranjero.

“Nuestro sueño en la USS es transformarnos en un referente en tecnologías avanzadas y disruptivas que mejoren la calidad de vida de las personas y del país en general. Y en el caso específico, si el tratamiento de aguas residuales que estamos proponiendo es más eficiente, estaremos ayudando a incrementar los recursos hídricos del país para ser usados en el riego o en la repotabilización para consumo humano en un contexto de escasez hídrica y calentamiento global”, concluye el Dr. Aybar.