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En todo el planeta, 70% de los lodos residuales municipales se tratan mediante digestión anaerobia (descomposición de materia orgánica realizada por microorganismos en ausencia de oxígeno) para obtener metano, combustible con el cual se puede producir energía eléctrica y térmica.
Los lodos residuales, subproducto del tratamiento de aguas negras, están conformados principalmente por materia orgánica y contienen algunos contaminantes, microorganismos patógenos y huevos de parásitos.
“Antes de ser depositados en un relleno sanitario o ser reutilizados en la agricultura, pueden tratarse por digestión anaerobia para reducir su potencial de putrefacción, su masa y su contenido microbiológico, así como para obtener metano”, señala José Antonio Barrios Pérez, investigador e integrante del Grupo Tratamiento y Reúso del Instituto de Ingeniería (II) de la UNAM.
Pretratamiento electroquímico
En una planta de tratamiento de aguas negras con una capacidad mayor a 400 litros por segundo, el uso de la digestión anaerobia resulta atractivo porque la cantidad de lodos residuales que permite tratar es muy grande y porque el metano obtenido puede proporcionar hasta 50% de la energía que consume dicha planta.
Sin embargo, en las condiciones en que normalmente opera el proceso, la digestión anaerobia convierte sólo entre 20 y 50% de los lodos residuales en metano. A fin de incrementar este porcentaje, en varias partes del mundo se prueban diferentes pretratamientos térmicos y químicos de lodos residuales que rompen sus células y moléculas complejas para que los microorganismos que realizan la digestión anaerobia los degraden con más facilidad.
“Mis colaboradores y yo probamos un pretratamiento electroquímico de lodos residuales, con el que, en condiciones normales de operación, se ha incrementado en más de 80% la obtención de metano”, indica Barrios Pérez.
Celda electroquímica
En este proceso, el Grupo Tratamiento y Reúso del II usa una celda electroquímica (dos electrodos de finas películas de diamante dopados con boro y fabricados en Suiza), en la que se lleva a cabo una reacción de hidrólisis que rompe las células y moléculas complejas de los lodos residuales.
Sin embargo, debido a que, aun con el aumento de la cantidad de metano obtenido, esta celda electroquímica consume una gran parte de la energía producida, Barrios Pérez y sus colaboradores tratan de determinar las mejores condiciones de operación para que el proceso sea económicamente viable.
“Es decir, buscamos no sólo que la cantidad de energía generada después del pretratamiento de los lodos residuales cubra los costos del proceso, sino también que se genere un poco más para que valga la pena invertir en él”, apunta el investigador universitario.
En esta fase participa el grupo del doctor Fernando Rivera Iturbide, del Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (CIDETEQ), de Querétaro, con la modelación matemática del comportamiento hidrodinámico de la celda electroquímica, así como el doctor Ulises Durán Hinojosa, también del II, quien evalúa la digestión anaerobia y la obtención de metano.
“La meta es identificar las condiciones óptimas para el flujo de los lodos residuales: cuál es su mejor caudal, qué densidad de corriente hay que aplicar para suscitar la reacción de hidrólisis y durante cuánto tiempo deben recircular a través de la celda electroquímica.”
Compuestos
Los lodos residuales contienen compuestos con potencial aplicación en ingeniería ambiental, como las llamadas sustancias poliméricas extracelulares, que protegen a las células ante factores ambientales. Por eso, el Grupo Tratamiento y Reúso del II también propone obtener éstos a partir de su pretratamiento electroquímico.
“Una vez solubilizadas por el pretratamiento electroquímico y separadas de los lodos residuales antes de la digestión anaerobia, las sustancias poliméricas extracelulares podrían reutilizarse para la sedimentación de partículas sólidas en el tratamiento de aguas negras”, dice el investigador.
Proceso viable
El Grupo Tratamiento y Reúso del II —pionero en México en la puesta en marcha del estudio piloto para el pretratamiento electroquímico de lodos residuales con una celda hecha en Suiza, y uno de los pocos a nivel mundial que trabajan con esta tecnología de punta— espera proponer un proceso viable para obtener más metano.
Esta mayor cantidad de metano se utilizaría principalmente en la generación de energía eléctrica y térmica destinada al consumo de la misma planta de tratamiento de aguas negras en la que se obtendría el combustible.
“De ser viable la aplicación de la celda electroquímica, habría que estudiar su viabilidad económica en una planta de tratamiento de aguas negras a escala real, ya que esta tecnología es muy costosa y pocas empresas la desarrollan en el mundo”, finaliza.
