Menos del 20% de las zonas rurales en Chile posee una planta de tratamiento para descontaminar los residuos líquidos municipales, es decir, aquellos que se generan en nuestros hogares tras las actividades que realizamos a diario como tomar una ducha, lavar la loza o usar la lavadora.

Entre las razones para no contar masivamente con dicha tecnología, está su alto costo de instalación. Sin embargo, existe una alternativa más económica y de bajo impacto ambiental que es la utilización de biofiltros, los cuales incorporan procesos fisicoquímicos y biológicos para eliminar los contaminantes en estos residuos líquidos.

Esa es la solución que desde la Usach se está entregando a la comunidad vecinal de la Cooperativa Nueva Esperanza en Huelquén, en la comuna de Paine, a través de dos sistemas de biofiltración de aguas residuales domésticas, uno de los cuales ya se encuentra en funcionamiento, mientras que el segundo partirá en octubre. Ambos serán monitoreados por el equipo del Laboratorio de Investigación Interdisciplinaria en Ciencias y Tecnología del Agua Ko-Yaku, liderado por la Dra. Cristina Villamar, académica e investigadora de la Facultad de Ingeniería.

La instalación de los biofiltros está asociada al desarrollo de una tesis de postgrado en la industria y de un proyecto de investigación aplicada, en cuya ejecución son apoyados por la Dirección de Gestión Tecnológica de la Vriic.

Impacto social, ambiental y económico

“Las grandes ventajas que presentan estas tecnologías es que son más económicas, más asequibles, emplean muy poca energía y no generan ruidos o lodo como es el caso de las plantas de tratamientos mecánicas, de manera que se convierten en una opción viable y adecuada para los sectores rurales”, explica la investigadora.

El sistema, que ya se encuentra funcionando, es parte del trabajo de tesis de Paula Madariaga, estudiante del Doctorado de Ciencias de la Ingeniería, con mención en Ingeniería de Procesos y es guiada por la académica Villamar, en el marco de la adjudicación de “Tesis de doctorado Usach en la industria”.

En cuanto al segundo, se trata de la investigación Fondef IDeA I+D 2023 “Propuesta tecnológica de paisajes depuradores para la recuperación de aguas residuales en espacios rurales y urbanos, con generación de subproductos con valor agregado”, que dirige la Dra. Villamar.

La idea es que los dos biofiltros trabajen de manera paralela y complementaria a la planta que está en los terrenos de la Municipalidad de Paine, aunque en la práctica cada uno se abocará en eliminar distintos tipos de contaminantes y actuarán en determinadas etapas del tratamiento de las aguas residuales.

En el caso del proyecto de Paula Madariaga, lo que busca “es remover fármacos como el Paracetamol, Triclosán y Amoxicilina” y también evaluará el uso de material agroindustrial como cáscara de avellana y viruta de madera para absorber esos productos.

En cuanto al segundo biofiltro, la Dra. Villamar dice que es una tecnología “con un alcance más amplio, donde incorporaremos un componente biótico más complejo, basado en el uso de organismos fotosintetizadores y saprófitos. A través de este, queremos dar respuesta a la remoción de los diversos contaminantes que contienen los residuos líquidos domésticos”.

Finalmente, puntualiza que “la idea es instalar este piloto como parte de la etapa final del tratamiento que realiza la planta a las aguas que provienen del alcantarillado y poder revalorizarlas con fines de reciclaje en riego ornamental”.
 

Fármacos, productos de aseo personal, pesticidas, productos industriales, micro-plásticos y microorganismos emergentes (ej. SARS-CoV-2) son el amplio espectro de contaminantes descritos como Contaminantes Emergentes. Estos compuestos son tanto de naturaleza química como biológica que no están normados y su potencial vertido a cuerpos de agua se constituye en un potencial riesgo a la salud pública y de ambientes acuáticos.

Con el objetivo de estudiar el comportamiento de los CE en este entorno, la Dra. Cristina Villamar, investigadora responsable del área Prevención y Control de la Contaminación del Laboratorio de Investigación Interdisciplinaria en Ciencias y Tecnología del Agua - Ko-Yaku, del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles,  se encuentra desarrollando el proyecto Fondecyt  11190352 Incidence of biofiltration technologies on the removal of pharmaceutical and personal care products from domestic wastewater (Incidencia de las tecnologías de biofiltración en la eliminación de productos farmacéuticos y de cuidado personal de las aguas residuales domésticas).

Además, conduce el proyecto 092118VA Estudio de la Permanencia, Interacción y Tratamiento de Contaminantes Emergentes y Microorganismos Patógenos Procedentes de Aguas Residuales Domésticas. En esa línea, durante la pandemia, el consumo principalmente de fármacos y productos de aseo personal se ha incrementado en al menos un 50%, esto junto a la evidencia de SAR-CoV-2 en las aguas residuales. Estos dos factores son abordados y estudiados por el Laboratorio Ko-Yaku

Para la investigadora responsable la observación de los contaminantes “es un aspecto relevante, puesto que varios de los efectos que vemos ahora con la resistencia antibiótica puede explicarse por la presencia de estos compuestos en el agua, más aún porque el tratamiento actual no está diseñado para eliminarlos y potencialmente siendo descargados a ríos (…) hay también otros efectos que tienen que ver con disrupción endocrina por la presencia de algunos compuestos que provienen de las hormonas (por ejemplo, los anticonceptivos)”.

Si bien es relevante como se desarrollan las sustancias en ese medio, la investigadora sostiene que también se debe pensar en el futuro del tratamiento de aguas, ya que será una fuente de agua alternativa que servirá para el riego, enfrentar la escasez hídrica y la eficiencia del recurso, especialmente en la zona central.

En estos momentos se están realizando el muestreo de plantas de tratamientos de Aguas Servidas rurales manejadas por APR (APR) o de municipalidades alejadas de las zonas urbanas, desde la Región de Valparaíso hasta la de O`Higgins. Los insumos recolectados, hasta el momento, se encuentran en proceso de caracterización.

La Dra. en Ciencias Ambientales explicó que lo interesante de la recolección de componentes para el análisis en estas zonas -donde la cobertura no supera el 20%, mientras que en sectores más poblados alcanza un 99%- radica en que se ocupan distintas tecnologías para el tratamiento, conjunto de técnicas que también serán comparadas para ver sus efectos en los componentes estudiados.

En la segunda etapa, “se realizarán pruebas con tecnologías alternativas, a escala laboratorio, que traten estos contaminantes como una propuesta de aplicación potencial”, comentó.

Investigar en Pandemia y nuevas oportunidades

El Laboratorio de Investigación Interdisciplinaria en Ciencias y Tecnología del Agua - Ko-Yaku, estuvo cerrado el 2020. En todo este tiempo su directora, la Dra. Cristina Villamar, tuvo que complementar el trabajo investigativo, hacer clases y de gestión en la Universidad, con ser mamá.

Conjuntamente al proyecto adjudicado, en el Laboratorio la Dra. Villamar se encuentra trabajando con la Dra. Ángela Plaza postdoctorante, en una investigación interna donde además de identificar fármacos y productos de aseo personal en aguas residuales, se intenta establecer la relación que estos tienen con la presencia de virus, entre esos el COVID-19 y algunas bacterias resistentes, conocidas como “superbacterias”.

En las últimas “lo que estamos haciendo es mirar su resistencia a antibióticos, porque es una de las aristas del Fondecyt, ver cuál es el efecto de los antibióticos en las aguas residuales y cómo eso después se relaciona con la presencia, permanencia y persistencia de bacterias resistentes y virus, lo que posteriormente se constituye potencialmente en un riesgo para la salud pública”, explicó la directora del laboratorio.    

Este estudio se encuentra en una etapa intermedia en la detección del Coronavirus, y en cuanto a los fármacos, también se encuentran en etapas preliminares. “Extrajimos el virus en las muestras de aguas, pero estamos a la espera de poder hacer los análisis con el Laboratorio de Virología de la Universidad y en los fármacos la detección en colaboración con el Laboratorio de Electroquímica Ambiental”, señaló.

Pese al trabajo colaborativo que existe entre los distintos laboratorios, el protocolo de cada recinto condiciona el trabajo en cuanto al tiempo de obtención de resultados. “Pero hemos ido avanzando, sobre todo en el muestreo el análisis de las distintas plantas a las que hemos asistido. Concretamente hicimos los análisis con los equipos que están dentro de nuestro laboratorio (…) pero he aprendido que lo primero es tener salud. Además, que trabajar, aunque sea lento, significa avanzar y uno puede dar respuestas a otras cosas de distintas maneras”, puntualizó.

En esa dirección en el laboratorio Ko-Yaku se abrió “una nueva línea de investigación. La modelación y el análisis matemático de tecnologías de tratamiento usando Ansys fluent, además el análisis bibliométrico y sistemático de literatura científica.  Actualmente, se ha trabajado con varios estudiantes estas áreas principalmente durante el 2020, esta estrategia me permitió obtener respuestas utilizando herramientas disponibles y con las limitaciones existentes. La pandemia me dio resiliencia en la investigación”, concluyó Villamar.