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Agua Potable: Situación Actual y Alternativas Tecnológicas Innovadoras para su Regeneración

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El desastre ambiental que se vive en nuestra sociedad actual en gran parte ha sido ocasionado por el llamado cambio climático generado principalmente por el fenómeno del calentamiento global. Concretamente, la raíz causal de esta problemática podría atribuirse a acciones antropogénicas; es decir, al impacto producido por actividades humanas en el medio ambiente; no solo como resultado de la industrialización, sino también debido a las influencias que pudieron causar cambios ecológicos desde épocas preindustriales. Tal es el caso de la deforestación y la conversión de tierras para sus actividades agrarias y ganaderas, seguido de la época de la revolución industrial con la generación de máquinas de vapor, imprentas, motores de combustión interna, subproductos de la minería, etc., y hasta nuestros días con la producción masiva de insumos y servicios que demanda la sociedad moderna que en muchos de sus procesos de manufactura liberan al medio ambiente sustancias químicas no biodegradables ajenas a la naturaleza.

Con respecto a esto, uno de los elementos más dañados y que resulta de vital importancia para mantener el equilibrio ambiental es lo concerniente al sistema hídrico del planeta, el cual ha sido devastado hasta alcanzar índices alarmantes debido al grado de contaminación de cuerpos de agua (mares, cuencas, ríos, lagos, lagunas, presas, pozos, cenotes; entre otros) en muchos casos por concentraciones elevadas de sustancias químicas recalcitrantes tales como agroquímicos, colorantes, grasas, aceites, breas, fármacos, compuestos hormonales, subproductos de higiene personal; entre muchos otros. Además desafortunadamente, esto va de la mano con el aumento en las concentraciones de metales y sales disueltas en agua subterránea contaminada esencialmente con arsénico, flúor, cadmio, plomo, nitratos, entre otros; sin menospreciar las filtraciones por los vertederos clandestinos procedentes de desechos de granjas de producción de animales de consumo (cerdos, aves, peces), agroindustriales, textiles, farmacéuticas, termoeléctricas, químicas, automotrices, minero-metalúrgicas, agropecuarias, refinerías, hospitales; y hasta las mismas casas habitación[i][ii].

A propósito, hoy en día en algunos lugares es necesario llegar a cavar hasta 300 metros de profundidad para extraer únicamente de 30 litros de agua por segundo, por lo que los niveles de algunos metales disueltos pueden llegar a ser sumamente dañinos para la salud del ser humano[iii].

Como consecuencia de lo expuesto anteriormente, la problemática prioritaria radica en el impacto en la salud humana y ambiental de los contaminantes presentes en el agua, ya sea que ésta se destina para agua de riego y como agua para consumo humano. Verbigracia, la exposición a los metales disueltos[iv] en agua está asociada a varios efectos crónicos; entre ellos problemas de hipertensión arterial, deficiencias respiratorias, cardiovasculares, diabetes mellitus, efectos gastrointestinales, trastornos del sistema nervioso, cutáneos, menoscabo del desarrollo intelectual de los niños; finalmente, la enfermedad suele derivar en tipos de cáncer de piel, vejiga, colon, hígado, riñón y pulmón. Ahora bien, de aquí la importancia de proponer soluciones tecnológicas que puedan contribuir a la problemática de la contaminación y acceso al agua segura primordialmente para consumo humano.

Como respuesta a esta situación, en la actualidad varios grupos de tecnólogos a nivel mundial están en la búsqueda continua de la aplicación de Alternativas Tecnológicas enfocadas al desarrollo de productos y/o procesos encaminados a sopesar la problemática aquí planteada. En este sentido, una de las tecnologías más prometedoras es la implementación de la Nanotecnología desde la perspectiva del Diseño, Preparación y Caracterización de Nanocompositos Inteligentes combinados con sistemas híbridos en procesos de adsorción físico-química y reducción química[v]. Es decir, la aplicación de nanomateriales compositos empleados como soportes hechos a base de fibras poliméricas, compuestos carbonosos porosos y/o arcillas modificadas, entro otros materiales de soporte, acoplados a sistemas de filtración[vi], podría aminorar la problemática de contaminación de agua mediante fenómenos de remoción, reducción química y degradación de contaminantes emergentes empleando procesos sinérgicos-adsorción y de oxidación avanzada ya que, mediante efectos sinérgicos, estos materiales clasificados como de última generación, poseen una doble o triple funcionalidad.

Sin embargo, el entendimiento, comportamiento y eficiencia de los materiales aun un no ha sido validada en pruebas de campo debido principalmente a que se requiere, entre otras cosas, esclarecer científica y tecnológicamente los fenómenos involucrados para propiciar una mayor interacción entre los compositos catalizadores y los contaminantes; el estudio con respecto a su detección y cuantificación de los posibles subproductos de reacción. Además, la aplicación de esta tecnología aun un no ha sido concretada en productos comercializables, debido a que aún falta la validación de prototipos a escala laboratorio en condiciones reales; asimismo, realizar los estudios de la factibilidad técnica de la manufactura; así como también, el estudio de la normativa ambiental y asuntos legales para su implementación.

Pero sin duda alguna dentro de un lapso de tiempo no muy lejano estas nuevas tecnologías podrán ser aplicadas para dar un paso hacia el empleo de nanomateriales compuestos llevando a cabo procesos sinérgicos y con ello obtener altos valores de desempeño, haciéndolos económicamente rentables.

Finalmente, como sociedad nos ocupa hacernos partícipes mediante acciones que impulsen proyectos, innovaciones y tecnologías que propongan este tipo de soluciones, que, si bien son complejas, no deberían limitar su aplicación… como decía Hipócrates “a grandes males, grandes soluciones”.


Dr. S. Alejandro Lozano Morales

Centro de Investigación en Química Aplicada, CIQA.

Tel. Oficina:(844) 4389830 Extensión:1231

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mundo

Figura 1. El agua disponible en el mundo y la importancia en generar tecnologías de tratamiento en pro de la salud humana. (Fuente: Imagen compuesta tomada de Ref. [vii] y [viii] )

moleculas
Figura 2. Ejemplos de procesos sinérgicos avanzados en tratamiento de agua: a) Nanotubos de TiO2 anclados sobre poros de partículas de carbón activado y b) nanopartículas de TiO2 depositados sobre fibras poliméricas. (Imagen compuesta de las Ref. [ix] y [x])


Referencias:



[i] WHO. Guidelines for Drinking-Water Quality, Fourth.; 2010.

[ii] Bundschuh, J. et al. One Century of Arsenic Exposure in Latin America: A Review of History and Occurrence from 14 Countries. Sci. Total, Environ. 2012, 429, 2–35.

[iii]INEGI, Anuario estadístico y geográfico de Durango 2017.- https://datatur.sectur.gob.mx/ITxEF_Docs/DGO_ANUARIO_PDF.pdf. Diagnóstico ambiental de la comarcalagunera.- http://observatoriogeograficoamericalatina.org.mx/egal11/Procesosambientales/Impactoambiental/22.pdf

[iv] CONAGUA. Estadísticas Del Agua En México, Vol. Comis.; 2014.

[v] Yadav, V. B.; Gadi, R.; Kalra, S. Clay Based Nanocomposites for Removal of Heavy Metals from Water: A Review. J. Environ. Manage. 2019, 232 (November 2018), 803–817

[vi] Servos, M. R. Nanotechnology for Water Treatment and Purification; 2014.

[ix] Elizalde-González, María P., and S. Alejandro Lozano-Morales. “Composite Functioning as Trap of Photoproducts: TiO2 Nanobelts Anchored to Carbon Particles.” Materials Chemistry and Physics, vol. 228, 2019, pp. 15–26, doi:https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.02.014

[x] Cabello, G.; Davoglio, R. A.; Pereira, E. C. Microwave-Assisted Synthesis of Anatase- TiO2 Nanoparticles with Catalytic Activity in Oxygen Reduction. J. Electroanal. Chem. 2017, 794 (April), 36–42



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