Foto deIván BanduraenUnsplash
Un equipo de investigadores chinos ha logrado un avance revolucionario en el tratamiento de aguas residuales con la aplicación exitosa de la tecnología UV/E-Cl para mitigar la incrustación en geles de membrana. El estudio, publicado recientemente enComunicaciones de la naturaleza, destaca un enfoque novedoso para mejorar la eficiencia de deshidratación y el rendimiento de la filtración por membrana en los procesos de tratamiento de aguas residuales.
Mayor eficiencia de deshidratación
El estudio demostró que la aplicación de UV/E-Cl mejoró significativamente el flujo de agua en experimentos de deshidratación, alcanzando flujos de hasta el 138 % del sistema E-Cl, el 239 % del sistema UV y el 198 % del control. Esto sugiere que la UV/E-Cl altera eficazmente las estructuras de incrustación de la membrana, lo que mejora el rendimiento de la deshidratación. Mediante el uso de un sistema modelo SA-BSA, los investigadores pudieron simular el comportamiento complejo de las sustancias poliméricas extracelulares (EPS) y confirmar la relevancia de las proteínas y los polisacáridos en la deshidratación de lodos de aguas residuales (WAS).
Perspectivas moleculares sobre los mecanismos de ensuciamiento
El estudio profundizó en las interacciones intermoleculares de proteínas y polisacáridos, revelando que la formación de puentes electrostáticos entre los grupos amino y carboxilo desempeña un papel crucial en el ensuciamiento de las membranas. Mediante análisis espectral FTIR y simulaciones de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT), los investigadores identificaron tres modos de unión molecular, lo que indica una marcada preferencia por las conformaciones lineales que promueven la reticulación de polímeros. Estos hallazgos proporcionan una comprensión a nivel molecular de cómo la radiación UV/E-Cl altera estas interacciones, lo que resulta en una menor viscosidad, un mayor tamaño de los flóculos y una mayor liberación de agua.
Papel sinérgico de los radicales Cl en la mitigación de las incrustaciones
Análisis posteriores demostraron que los radicales de cloro (Cl•) desempeñan un papel fundamental en la degradación de BSA y SA, contribuyendo en más del 90 % a su descomposición. El estudio reportó constantes de velocidad de reacción excepcionalmente altas para las interacciones de Cl• con estas macromoléculas, lo que respalda la eficacia de la UV/E-Cl en la descomposición de los contaminantes de la membrana. Este proceso no solo fragmentó las estructuras de SA-BSA en partículas más pequeñas, sino que también redujo significativamente su viscosidad y capacidad de hidratación, debilitando así la capa de contaminación gelatinosa.
Perspectivas termodinámicas: el estado de presencia del agua como factor clave
La investigación profundizó en la termodinámica del ensuciamiento de las membranas, confirmando que los estados de presencia de agua, en lugar de los factores convencionales de porosidad o permeabilidad, dominan el comportamiento del ensuciamiento en gel. El análisis termogravimétrico reveló que el contenido de agua ligada en las capas de ensuciamiento de control era cercano al 80%, mientras que el tratamiento con UV/E-Cl lo redujo a menos del 10%. Este cambio facilitó la liberación del agua, lo que en última instancia redujo la resistencia a la filtración y mejoró su eficiencia.
Hacia aplicaciones prácticas
Con estos convincentes resultados, los investigadores sugieren optimizar los parámetros del reactor, incluyendo el material del electrodo, la intensidad UV y la duración del tratamiento, para mejorar la escalabilidad del proceso. El estudio también propone la integración de UV/E-Cl con otros oxidantes, como el peróxido de hidrógeno, para aumentar aún más la generación de radicales y mejorar la eficiencia del tratamiento. Además, los investigadores destacan el potencial de utilizar soluciones de NaCl de menor concentración, como el agua de mar, para lograr un tratamiento de aguas residuales sostenible y rentable.
Un avance universal en la tecnología de membranas
Si bien este estudio se realizó con WAS, sus hallazgos tienen implicaciones de gran alcance más allá del tratamiento de aguas residuales. El reconocimiento de los estados de presencia de agua como factor dominante en la mitigación de la incrustación en las membranas tiene una relevancia universal en diferentes procesos de membranas y escalas de reactores. Este avance sienta las bases para tecnologías de filtración más eficientes y sostenibles en las industrias de tratamiento de agua a nivel mundial.
Ante la creciente demanda mundial de una gestión eficiente de las aguas residuales, la tecnología UV/E-Cl presenta una solución prometedora para prolongar la vida útil de las membranas, reducir los costes operativos y optimizar el rendimiento general del tratamiento. A medida que los investigadores siguen perfeccionando y ampliando este innovador enfoque, el futuro del tratamiento de aguas residuales se presenta cada vez más eficiente y sostenible.
Para más detalles, consulte el estudio completo publicado en Nature Communications: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-57878-4]
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Hora de publicación: 03-abr-2025