La contaminación de las aguas en el Río Atoyac, ubicado en el estado de Veracruz, se ha convertido en una de las principales preocupaciones ambientales de México. ¿Puede el plástico combatir esta problemática?
Uno de los desafíos más importantes del siglo XXI es satisfacer las necesidades futuras de agua en el mundo entero. Actualmente, más de 800 millones de personas carecen de acceso al agua potable debido a la escasez, la contaminación ambiental y el saneamiento deficiente de la misma, declarado por la organización de las Naciones Unidas (ONU) [1].
La contaminación de agua con metales pesados y/o colorantes, como resultado de actividades humanas, es una de las más grandes preocupaciones ambientales debido a su toxicidad, persistencia y no degradabilidad en el medio ambiente. La acumulación de estos metales en organismos tiende a causar numerosas enfermedades y trastornos de salud en humanos, animales y cultivos. El plomo y el arsénico son considerados como los metales más tóxicos que causan daños en humanos, animales y plantas, e incluso en bajas concentraciones [2].
Por ejemplo, la exposición prolongada a niveles altos del arsénico (>10 μg/L) puede tener graves consecuencias en la salud. De acuerdo con diversos estudios, a este contaminante se han asociado múltiples enfermedades, como el cáncer (de piel, vejiga, riñón, hígado, pulmón, entre otros), hiperqueratosis y diversas afecciones neurológicas, cardíacas y respiratorias [3].
Contaminantes biológicos
Junto a los contaminantes químicos en aguas residuales urbanas e industriales están los biológicos, como los microorganismos patógenos presentes en el agua (bacterias, virus, protozoos y algas), los coliformes fecales y bacterias patógenas como E. coli; uno de los agentes responsables de enfermedades diarreicas con altos índices de morbilidad y mortalidad infantil, principalmente en niños menores de cinco años en México y otros países en vías de desarrollo [4].
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En este sentido surge una gran preocupación con los ríos en México, especialmente el río Atoyac que recorre los estados de Puebla y Tlaxcala, muy contaminado desde hace muchos años por las prácticas antropogénicas inadecuadas y legislaciones ambientales no cumplidas.
Río Atoyac en cifras
Se calcula que diariamente se lanzan al río Atoyac 146 toneladas de materia orgánica, 62.8 toneladas de sólidos suspendidos y 14 kilogramos de metales pesados a sus, aproximadamente, 400 kilómetros de longitud.
En el municipio de Tlahuapan, el río Atoyac recibe las primeras descargas de aguas provenientes de fuentes antropogénicas. Posteriormente, en San Martín Texmelucan se reciben las descargas de la refinería de Pemex y las empresas del corredor industrial Quetzalcóatl.
Tlaxcala añade su contribución en el afluente con las descargas, sin previo tratamiento, de las lavanderías de mezclilla, provocando cada vez una contaminación más grave, ya que cruzando el estado de Puebla se considera como aguas negras [5].
Acciones estratégicas
Se requieren materiales y procesos que sean efectivos desde el punto de vista económico para eliminar estos contaminantes de los efluentes acuosos residuales antes de descargarlos a los ecosistemas.
Una de las estrategias más empleadas para solucionar este problema es el desarrollo de filtros ecológicos y de bajo costo para mejorar la eliminación de contaminantes orgánicos e inorgánicos regulados.
Durante un largo periodo, los sistemas de filtración que emplean membranas poliméricas desempeñan un mayor rol y más rentable en la separación de componentes, donde se requieren materiales flexibles, permeables y de alta selectividad.
Los más comunes son las membranas sintéticas, que ocupan, hasta el día de hoy, un sitio privilegiado en el área de la filtración por su alta selectividad de los elementos convirtiéndolos en sistemas de mayor eficiencia para la concentración y separación de componentes, sin la necesidad de un cambio de estado o el uso adicional de productos químicos [6].
Sin embargo, la aplicación de las membranas sintéticas, que suelen ser fabricadas a partir de un solo tipo de polímero, es muy limitada, debido a la gran diversidad de productos que requieren de procesos de separación, en específico la remoción de los metales pesados del agua.
Por tal motivo, el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) trabaja en el desarrollo de materiales avanzados y membranas poliméricas con la intención de mejorar la capacidad de adsorción y la selectividad de los sistemas de separación aplicados en el tratamiento de aguas contaminadas.
Tecnología que sorprende
La nanotecnología, que tiene un gran impacto en la mejora de filtros innovadores para el tratamiento de agua, ofrece una solución eficiente para mejorar el proceso de adsorción, dado que tales filtros cuentan con membranas que poseen características tales como actividad antibacteriana y foto-catalítica, las cuales les permiten no solo adsorber/retener los microorganismos y contaminantes sino también destruir estos componentes presentes en el agua.
Para alcanzar este objetivo, los óxidos de ZnO y TiO2 se aplicaron ampliamente debido a sus propiedades foto-catalíticas mejoradas, ancho de la banda prohibida (band-gap), movilidad de electrones, actividades antibacterianas y estabilidades químicas, así como el control de su tamaño y morfología de poro.
Entre las diferentes técnicas para la obtención de nanocompuestos, el método de extrusión por fusión asistido por ultrasonido se considera flexible, económico, y compatible con procesos industriales que otras técnicas existentes de polimerización in situ.
Además, la aplicación de ultrasonido en el proceso de extrusión tiene como ventaja el mejoramiento de la dispersión de nanopartículas ZnO y TiO2 en la superficie de la membrana y/o en la estructura interna de la membrana de manera significativa.
La incorporación de ZnO y TiO2 nanopartículas podrían producir efectos sinérgicos mediante los cuales mejoran las propiedades de los filtros de membranas.
Finalmente, estos filtros presentan la particularidad de una gran cantidad de sitios activos, porosidad y de espesor bien definidos, ya que los filtros comunes llevan a cabo un proceso de filtración y separación, se deben tomar en cuenta las características del fluido, tales como: pH, viscosidad, cantidad sólidos totales, temperatura y propiedades químicas.
Con la finalidad de lograr estas propiedades, esta nueva variedad de filtros se fabrica empleando tela no tejida obtenida a partir de nanocompuestos poliméricos, de tal manera que estos filtros pueden ser de bajo costo, reutilizables y fáciles de adaptar a los sistemas de filtrado de agua actuales.
En conclusión, dentro de nuestras posibilidades, debemos contribuir no sólo para llevar agua a la población a nuestro alcance, sino también que sea de calidad, lo que representa un gran reto para la humanidad ya que están sentadas las bases de una crisis mundial [6].
REFERENCIAS
[1] World Health Organization, Arsenic in Drinking-water, Geneva, 2011.
[2] H. Javadian, F. Ghorbani, H. allah Tayebi, S.M.H. Asl, Study of the adsorption of Cd (II) from aqueous solution using zeolite-based geopolymer, synthesized from coal fly ash; kinetic, isotherm and thermodynamic studies, Arab. J. Chem. 8 (2015) 837–849. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.02.018.
[3] I. Palma-Lara, M. Martínez-Castillo, J.C. Quintana-Pérez, M.G. Arellano-Mendoza, F. Tamay-Cach, O.L. Valenzuela-Limón, E.A. García-Montalvo, A. Hernández-Zavala, Arsenic exposure: A public health problem leading to several cancers, Regul. Toxicol. Pharmacol. 110 (2020) 104539. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2019.104539.
[4] Enfermedades diarreicas, (n.d.). https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/diarrhoeal-disease.
[5] J. Leal, F. María, Contaminación del río Atoyac. Infografías animadas, Universidad Iberoamericana Puebla, 2016. https://repositorio.iberopuebla.mx.
[6] C.J. Escudero-Santiago, Cada vez menos agua, Mural. (2022).
Autor: Youness Abdellaoui, Marlene Lariza Andrade Guel, Christian Javier Cabello Alvarado, Carlos Alberto Ávila Orta, Víctor Javier Cruz Delgado, Álvaro Pedroza Zapata, Agustín Lorenzo Rodríguez Aké, investigadores en el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA)
