Reactor que degrada contaminantes en el agua

Agencia de Noticias – UPB Medellín. La Universidad Pontificia Bolivariana recibió la concesión de una patente para un reactor fotoelectrocatalítico desarrollado por investigadores de la Escuela de Ingenierías. La tecnología, diseñada para degradar contaminantes persistentes en aguas residuales que provienen de diferentes industrias, también favorece su reutilización en las cadenas productivas.

La solución tecnológica parte de una problemática que persiste inclusive después de los tratamientos de agua convencionales: algunas sustancias como los colorantes, debido a la alta estabilidad de sus moléculas, son difíciles de remover y siguen contaminando el medioambiente al ser desechadas en tuberías y sistemas de desagüe que terminan en los ríos. Eso ocurre de manera frecuente en los procesos industriales de los sectores textil, alimenticio y farmacéutico.

La apuesta de los investigadores es que, después de los procesamientos tradicionales, el agua residual pueda pasar por el reactor para darle un tratamiento adicional. “Cuando no se le pueden remover más contaminantes al agua procesada, ahí entra a funcionar este reactor desarrollado, que descompone esos contaminantes persistentes”, explica Wílber Silva López, Ph.D. en Ciencias Químicas, inventor del dispositivo e integrante del Grupo de Investigación en Óptica y Espectroscopía.

¿Qué sucede dentro del reactor? “Es un sistema de electrodos, construido con un material sensible a la luz”, explica Silva. Cuando ese material recibe radiación proveniente de los rayos solares, genera unos radicales en el agua que reaccionan con las moléculas contaminantes presentes en ella. Así comienza una cadena de reacciones químicas que transforman esas sustancias en compuestos simples e inocuos.

 

El reactor busca que el tratamiento de contaminantes persistentes no sea el final del proceso, sino una oportunidad para aprovechar nuevamente el agua en el proceso industrial.

 

Wilber Silva López, uno de los inventores del dispositivo.

Para conseguirlo, explica el académico, no basta simplemente con irradiar el agua: “Se necesita que el dispositivo tenga un diseño que maximice el tiempo de contacto entre el agua y el electrodo, para que este capte una mayor cantidad de radiación y se aproveche de manera eficiente”.

Del laboratorio al prototipo

La construcción del reactor fue un trabajo conjunto entre dos equipos de trabajo: el Grupo de Investigación en Óptica y Espectroscopía y el Grupo de Investigación en Energía y Termodinámica (GET), con aproximaciones que abordaron el desarrollo desde diferentes escalas.

“Wílber y su grupo se enfocaron en analizar el problema a una escala muy pequeña; microscópica, digámoslo así. Y en el grupo en el que yo hago parte, el GET, hicimos lo propio, pero en escala macro”, explica César Nieto Londoño, PhD. en Ingeniería, otro de los inventores.

El equipo de Nieto Londoño aportó la simulación numérica para convertir el comportamiento observado a pequeña escala en información útil para el diseño del reactor. Utilizaron Ansys Fluent, una herramienta de simulación para comparar diversas posibilidades. A partir de allí evaluaron “diferentes tipos de geometrías, configuraciones, formas y condiciones de operación” para aproximarse al diseño que posteriormente debía fabricarse.

 

César Nieto Londoño lideró la simulación numérica de la tecnología.

Explica Nieto que los procesos de simulación fueron fundamentales para lograr un prototipo más depurado, “sin que tuviéramos que hacer demasiadas iteraciones experimentalmente. El uso de esa herramienta nos ayudó a entender cómo llegar al diseño ideal del prototipo que debíamos crear, con el objetivo final de purificar el agua”.

Explica Wílber Silva que uno de los diferenciales del reactor es que está en capacidad de operar de manera continua, puesto que los sistemas que actualmente se comercializan trabajan en bache, es decir, reciben cierta cantidad de agua y la purifican durante un tiempo determinado.

“La capacidad de procesamiento del reactor es variable, depende de la intensidad de la radiación, del voltaje aplicado y del porcentaje de contaminantes a remover. En promedio, podemos decir que la tecnología puede purificar alrededor de 15 litros de agua por minuto”, especifica Wílber Silva.

 

Con el uso de la herramienta digital de Asys Fluent se hicieron simulaciones numéricas para definir el diseño óptimo del reactor.

 

La tecnología patentada cuenta con un TRL 4.

A esto se suma que el reactor no requiere de reactivos o sustancias químicas que puedan generar otras formas de contaminación. La tecnología tampoco genera subresiduos como el lodo, que requieran un posterior tratamiento químico y pueden corroer tuberías.

“Cuando el agua pasa por los tratamientos convencionales y luego por el reactor desarrollado, podría ser eventualmente un agua reutilizada en la misma industria y así optimizar el recurso”, manifiesta Silva. De esa manera, el propósito del dispositivo no se limita a descontaminar sino también a facilitar la economía circular dentro de las cadenas productivas.

Por Federico Hoyos Gutiérrez. Equipo de Divulgación Científica y Comunicaciones. Agencia de Noticias UPB. 

Imágenes en laboratorio: Federico Hoyos Gutiérrez

Imágenes digitales del dispositivo: Wílber Silva y César Nieto.