Electricidad y química para atrapar metales en el agua

No quieren escribir una historia sobre vertidos, quieren que los contaminantes sean historia. Donde desaguan las depuradoras de las grandes industrias, desean que las tonalidades y las texturas reflejen que el proceso se ha desarrollado según lo previsto. También buscan que los ríos que han sido testigos de tantas aventuras y desventuras experimenten en sus propias aguas lo que significa la palabra eficacia. Más adentro, rechazan que la materia orgánica esté dominada por toneladas que se escapan. Eso sí, tienen claro que no es tarea fácil.

Uno de los mayores problemas en muchos vertidos industriales, que tienen que cumplir la normativa de la Unión Europea, es la eliminación de metales como el plomo, el cromo o el cadmio. Aunque existen diversos métodos químicos, biológicos o físicos para abordar este problema, todos tienen ciertos inconvenientes, desde la generación de un alto volumen de residuos secundarios a un consumo energético importante.

El grupo de investigación de Superficies y Materiales Porosos de la Universidad de Valladolid (UVA) ha logrado desarrollar un método para la actuación sobre este problema. Se trata de la tecnología por membranas que arroja resultados «prometedores» en el uso de la nanofiltración. «Las membranas permiten el paso de moléculas de agua reteniendo los iones de estos metales pesados. El mecanismo de separación se basa principalmente en la exclusión por tamaño, es decir, las moléculas de agua son capaces de atravesar los intersticios de la membrana mientras que los iones pesados son retenidos debido a su tamaño mayor», explica el catedrático de Física Aplicada Pedro Prádanos.

Así, expone que si se usan membranas con espacios mayores pasará mucha mayor cantidad de agua aplicando la misma presión, lo que se traducirá en un menor consumo energético, sin embargo, las membranas no retendrán con efectividad los metales pesados, añade la profesora Laura Palacio. Con esta realidad, el equipo de investigación buscó la solución. Y la encontró. Como en estos efluentes el plomo, el cromo y el cadmio se encuentran como iones con carga eléctrica, una posibilidad para aumentar la efectiva separación de estas sustancias es modificar la superficie de las membranas para que tengan una carga eléctrica opuesta para que los iones sean repelidos.

El proyecto consta de dos etapas. La primera consistió en implementar un método rápido para la determinación de carga eléctrica propia en membranas de micro y ultrafiltración de forma que se pueda determinar inmediatamente la efectividad de los métodos de introducción de cargas en las membranas. La técnica utilizada fue la espectroscopía de impedancias eléctricas –hace referencia a la dificultad de que la corriente eléctrica transite por un conductor, una forma de resistencia. Sucede, por ejemplo, en cualquier aislante que protege un cable común de cualquier aparato que funcione por la electricidad–.

La segunda se basó en implementar un método para introducir carga de un signo determinado sobre membranas comerciales y verificar que funcionan correctamente para la separación de metales pesados. «Se optó por recubrir una membrana comercial de ultrafiltración con un polímero con carga negativa, utilizando plasma activado por radiofrecuencia y comprobar si resultaba efectiva en la separación de aniones formados por metales pesados», puntualiza Antonio Hernández, catedrático de Física Aplicada.

Para el profesor Francisco Javier Carmona, la mayor innovación radica en la propuesta del uso de este tipo de membranas para la recuperación de metales pesados, ya que supone un ahorro energético respecto al proceso de membranas fabricadas con menos tamaño de poro, como es el caso de la nanofiltración. «La tecnología de membranas es una de las más limpias y efectivas en los tratamientos de aguas residuales», expresa Prádanos para, a continuación, comentar que su principal ventaja es que si el sistema está diseñado de forma apropiada, el volumen de residuo se reduce de forma significativa y muchos de los subproductos podrían volverse a usarse en la cadena de producción de la industria que los genera.

En esta línea, añade Palacio, el coste de estos procesos es la reposición de las propias membranas y el gasto energético para producir la presión que genera la separación. En su caso, si el factor de separación se induce debido a las cargas de la membrana, la presión requerida es menor, lo cual supone un ahorro energético significativo, apunta no sin antes dar un dato: «Si con estas membranas podemos procesar efluentes con flujos más de cinco veces superiores a los que se consiguen con un proceso equivalente de nanofiltración, sería esperable consumos energéticos al menos cuatro veces menores».

El proyecto surgió de una colaboración del grupo de Superficies y Materiales Porosos con la Universidad de Guanajuato en México y con la Universidad San Luis en Argentina. No han contado con financiación específica por parte de las administraciones públicas, por lo que han tenido que hacer uso de recursos propios junto con fondos de funcionamiento corriente que la UVA entrega a los grupos de investigación reconocidos. El trabajo fue publicado en la revista científica Chemical Engineering Science.

Los investigadores tienen claro que si alguna empresa demostrase interés por el proyecto podrían plantearse proporcionar asesoramiento. Aparte del desarrollo de tecnologías para la mejora de membranas de filtrado de aguas residuales, tiene aplicaciones en otros campos, como el desarrollo de nuevas membranas poliméricas para separar gases de efecto invernadero o para su aplicación en la industria farmacéutica.