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 obstrucción del gel de la membrana. El estudio, publicado recientemente enComunicaciones de la naturalezaDestaca un enfoque novedoso para mejorar la eficiencia de la deshidratación y el rendimiento de la filtración por membrana en los procesos de tratamiento de aguas residuales.
Mayor eficiencia en el proceso de deshidratación.
El estudio demostró que la aplicación de UV/E-Cl mejoró significativamente el flujo de agua en los 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 UV/E-Cl interrumpe eficazmente las estructuras de ensuciamiento de la membrana, lo que conduce a un mejor 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 incrustación
El estudio profundizó en las interacciones intermoleculares de proteínas y polisacáridos, revelando que la unión electrostática entre grupos amino y carboxilo desempeña un papel crucial en la obstrucción de la membrana. Mediante análisis espectrales 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 conformaciones lineales que promueven la reticulación del polímero. Estos hallazgos proporcionan una comprensión a nivel molecular de cómo la radiación UV/E-Cl interrumpe estas interacciones, lo que conlleva 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 la incrustación.
Análisis posteriores demostraron que los radicales de cloro (Cl•) desempeñan un papel dominante 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 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 incrustación gelatinosa.
Perspectivas termodinámicas: el estado de aparición del agua como factor clave
La investigación profundizó en la termodinámica del ensuciamiento de membranas, confirmando que los estados de presencia de agua —en lugar de los factores convencionales de porosidad o permeabilidad— son los que determinan el comportamiento del ensuciamiento por gel. El análisis termogravimétrico reveló que el contenido de agua ligada en las capas de ensuciamiento de control era de casi el 80 %, mientras que el tratamiento con UV/E-Cl lo redujo a menos del 10 %. Este cambio facilitó la liberación del agua, disminuyendo así la resistencia a la filtración y mejorando su eficiencia.
Hacia aplicaciones prácticas
Con estos resultados tan convincentes, los investigadores sugieren optimizar los parámetros del reactor, incluyendo el material del electrodo, la intensidad de la radiación 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 potenciar aún más la generación de radicales y mejorar la eficiencia del tratamiento. Además, los investigadores destacan el potencial del uso de soluciones de NaCl de baja 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 lodos activados, sus hallazgos tienen implicaciones de gran alcance que van más allá del tratamiento de aguas residuales. El reconocimiento de los estados de presencia del agua como factor dominante en la mitigación de la obstrucción de las membranas tiene relevancia universal en diferentes procesos de membrana y escalas de reactores. Este avance abre el camino a tecnologías de filtración más eficientes y sostenibles en la industria del tratamiento de agua a nivel mundial.
Ante la creciente demanda mundial de una gestión eficiente de aguas residuales, la tecnología UV/E-Cl se presenta como una solución prometedora para prolongar la vida útil de las membranas, reducir los costes operativos y mejorar el rendimiento general del tratamiento. A medida que los investigadores continúan perfeccionando y ampliando este innovador enfoque, el futuro del tratamiento de aguas residuales se vislumbra cada vez más eficiente y sostenible.
Para obtener más detalles, consulte el estudio completo publicado en Nature Communications: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-57878-4]
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Fecha de publicación: 3 de abril de 2025