10 Innovaciones En La Purificación Del Agua

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La comida y el refugio son cruciales para la vida, pero nadie puede sobrevivir por mucho tiempo sin agua. Por eso, desde el comienzo de la historia, las civilizaciones han vivido cerca de abundantes fuentes de H20.

Pero no es suficiente tener suficiente. La misma agua que da vida también puede enfermar a las personas o incluso matarlas, si contiene sustancias peligrosas o microbios que causan enfermedades. Y dado que las personas usan el agua para actividades tales como irrigar cultivos, lavarse y eliminar desechos, las fuentes de agua cercanas a la población humana pueden contaminarse fácilmente [fuente: Hassan].

Como resultado, los seres humanos han estado tratando de purificar el agua durante miles de años. Ya en 1500 a. C., los egipcios utilizaron el alumbre químico para filtrar los sedimentos suspendidos de su agua potable. Pero no fue hasta finales de 1800 y principios de 1900 que los científicos descubrieron que los microbios causaban enfermedades y que el agua podía tratarse con cloro u ozono para eliminarlos [fuente: Agencia de Protección Ambiental].

Si bien el agua que sale de los grifos en la mayoría de los países ahora es limpia y segura, alrededor del 11 por ciento de la población mundial (783 millones de personas) todavía no tiene acceso a agua potable, según un estudio de 2012 de las Naciones Unidas. Así que los científicos están desarrollando nuevos métodos para obtener agua y purificarla. Aquí están 10 de las tecnologías más prometedoras.

10. Desalinización de membrana de contacto directo

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Una planta desaladora en Omán. El proceso de desalinización es costoso, pero el nuevo proceso de DCMD promete hacerlo más barato y más eficiente. Franz Aberham / Elección del fotógrafo / Getty Images

Si pudiéramos aprovechar los vastos océanos como fuente de agua potable, todos tendríamos más que suficiente. Pero eso significa eliminar la sal, que es ineficiente y costosa utilizando la tecnología existente. Es por eso que un nuevo proceso, desarrollado por el profesor de ingeniería química del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey, Kamalesh Sirkar, tiene una promesa deslumbrante. En el sistema de destilación de membrana de contacto directo (DCMD) de Sirkar, el agua de mar calentada fluye a través de una membrana de plástico que contiene una serie de tubos huecos llenos de agua destilada fría. Los tubos de DCMD tienen pequeños poros, que están diseñados para que puedan ser penetrados por el vapor de agua que se acumula en ellos, pero no por la sal. El vapor se difunde a través de los poros y se extrae para condensarlo nuevamente en agua líquida.

Según Sirkar, su sistema es extremadamente eficiente: puede producir 80 litros (21 galones) de agua potable por cada 100 litros (26 galones) de agua de mar, aproximadamente el doble de lo que puede producir la tecnología de desalinización existente. Un inconveniente potencial de la DCMD es que requiere una fuente de calor constante y económica para evitar que la temperatura del agua en ambos lados de la membrana se iguale. Pero existe la posibilidad de que los sistemas de DCMD puedan algún día reciclar el calor residual de las fábricas en tierra y las operaciones de perforación petrolera en el mar, lo que lo hace beneficioso para todos [fuente: Greenmeier].

9. Filtros de agua de cerámica

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Este filtro de agua de gres de Doulton, ca. 1880, fue creado en respuesta a la conciencia pública sobre el agua potable contaminada en Gran Bretaña. Hoy en día, la compañía Royal Doulton es mejor conocida por su fina porcelana, pero aún produce filtros de cerámica y carbón. Doulton estados unidos

Los filtros cerámicos de arcilla funcionan de manera similar a la tecnología de desalinización descrita en la sección anterior. Básicamente, el agua fluye a través de la arcilla que contiene una gran cantidad de agujeros realmente pequeños, que son lo suficientemente grandes como para que las moléculas de agua, pero son demasiado pequeñas para las bacterias, la suciedad y otras cosas malas [fuente: Doulton USA] El primer dispositivo de este tipo fue desarrollado por un alfarero británico, Henry Doulton, a principios del siglo XIX para purificar el agua extraída del Támesis, que estaba tan contaminada con aguas residuales crudas que el cólera y la fiebre tifoidea eran peligros continuos [fuente: Brodrick].

Desde Doulton, otros inventores han mejorado su concepto básico, como agregar recubrimientos de plata para matar las bacterias, de modo que los filtros de cerámica de hoy en día hagan un mejor trabajo para deshacerse de los patógenos peligrosos. Sin embargo, el desarrollo realmente revolucionario es que las organizaciones no gubernamentales humanitarias han establecido fábricas para fabricar y regalar grandes cantidades de filtros de cerámica de bajo costo en el mundo en desarrollo.

Un estudio de 2006 descubrió que los camboyanos que utilizaron los filtros simples, que son portátiles y no requieren energía para funcionar, redujeron la incidencia de enfermedades diarreicas en un 46 por ciento, y la contaminación de E. coli en su agua en un 95 por ciento de las tasas de 2003 [fuente: Recurso Desarrollo Internacional - Camboya]

Un inconveniente de estos filtros cerámicos es la velocidad de filtración. El agua se filtra por el filtro de arcilla a una velocidad de solo 2 litros (2.11 cuartos de galón) por hora. Pero el proceso debe ser lento para dar tiempo a la solución de plata para matar patógenos. El filtro tampoco elimina sustancias químicas nocivas como el arsénico.

8. Defluoración Herbal

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El tridax procumbens es un miembro de la familia de las margaritas y una maleza muy extendida. También se conoce como la margarita tridax o botones de pelaje y se parece mucho a esta planta. MARTIN GERTEN / AFP / Getty Images

En los EE. UU., Las compañías de agua agregan una pequeña cantidad de fluoruro (entre 0,8 y 1,2 miligramos por litro) al agua potable como una forma de proteger los dientes contra las caries. Pero en algunas partes del mundo, incluyendo India, Medio Oriente y algunos países africanos, el agua ya tiene una gran cantidad de fluoruro natural, y los niveles pueden ser tan altos que son peligrosos para la salud. En una aldea india, por ejemplo, un nivel natural de 5 a 23 miligramos (.00017 a.008 onzas) por litro ha provocado que los residentes sufran anemia severa, articulaciones rígidas, insuficiencia renal y dientes manchados [fuente: Organización Mundial de la Salud].

Afortunadamente, los investigadores de la India ofrecieron una posible solución en un artículo de marzo de 2013 del International Journal of Environmental Engineering.Los investigadores han desarrollado un sistema de filtro que utiliza una hierba medicinal común, Tridax procumbens, para absorber el exceso de fluoruro del agua potable. La planta, que también se ha utilizado para extraer metales pesados ​​tóxicos del agua, atrae los iones de fluoruro cuando el agua pasa a través de ella a una temperatura de aproximadamente 27 grados Celsius (80.6 grados Fahrenheit). El filtro podría potencialmente proporcionar una forma económica y fácil de usar de hacer que el agua sea segura en lugares donde el suministro contiene exceso de fluoruro. Pero también puede ser utilizado por personas en los EE. UU. Y otros países a los que no les gusta la idea de que se agregue fluoruro a su agua [fuente: Science Daily].

7. 'Super arena'

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Almacenes en el río Elba en Hamburgo, Alemania, alrededor del momento en que los residentes sufrieron una epidemia de cólera que mató a 7.500. Hulton Archive / Getty Images

La arena y la grava se han utilizado para purificar el agua durante miles de años, y en 1804, un escocés llamado John Gibb diseñó y construyó el primer filtro que filtraba el agua a través de los granos de arena para eliminar partículas más grandes de contaminación. Su tecnología funcionó tan bien que muy pronto, Londres y otras grandes ciudades de Europa la estaban usando para hacer que el agua del río se viera más clara y tuviera mejor sabor.

A fines del siglo XIX, los científicos descubrieron que el filtrado también hacía que el agua fuera más segura para beber, ya que las partículas detenidas por el filtrado eran las que ayudaban a transmitir los microbios que causaban las enfermedades transmitidas por el agua. El valor del filtrado se demostró en 1892, cuando la ciudad de Hamburgo, que recibió su agua potable del río Elba, sufrió una epidemia de cólera que mató a 7.500 personas, mientras que la ciudad vecina de Altona, donde se filtró el agua del mismo río, Escapó casi intacto [fuente: Huisman y Wood].

Pero recientemente, los investigadores han descubierto cómo recubrir los granos de arena con óxido de grafito para crear "súper arena" que, según se informa, puede filtrar sustancias dañinas como el mercurio del agua cinco veces más eficazmente que la arena ordinaria. El trabajo continúa para encontrar formas de hacer que la arena súper absorba aún más la contaminación y, finalmente, utilizarla en países en desarrollo donde los suministros de agua están peligrosamente contaminados [fuente: Science Daily].

6. Eliminar el arsénico con botellas de plástico

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Un profesor de química ha ideado un sistema para eliminar el arsénico del agua potable utilizando botellas de bebidas cortadas como estas. Hans-Peter Merten / El banco de imágenes / Getty Images

Si has visto la comedia negra cinematográfica de 1940 "Arsenic and Old Lace", en la que un par de solteronas bien intencionadas se encargan de sacar a los viejos solitarios de su miseria dándoles vino de saúco con arsénico, ¿sabes? que la última sustancia es algo bastante malo. Cuando contamina el agua potable, el arsénico puede causar cáncer de vejiga, pulmón y piel, además de dañar el sistema nervioso, el corazón y los vasos sanguíneos [fuente: National Resources Defense Council].

Desafortunadamente, en la actualidad, casi 100 millones de personas en los países en desarrollo están expuestas a niveles peligrosamente altos de arsénico en su agua, y no pueden pagar los complejos y costosos métodos de purificación que se utilizan en los EE. UU. Para deshacerse de ella. Sin embargo, una nueva tecnología puede ofrecer una solución. El profesor de química de la Universidad de Monmouth (N.J.) Tsanangurayi Tongesayi ha desarrollado un sistema económico de eliminación de arsénico en el que se recubren con trozos de botellas de bebidas de plástico comunes. cisteina, un aminoácido. Cuando las piezas de plástico se agregan al agua, la cisteína se une al arsénico, eliminándola y haciendo que el agua sea potable. En las pruebas, ha podido tomar agua que contiene niveles peligrosos de arsénico de 20 partes por billón, y reducirla a 0.2 partes por billón, lo que cumple con el estándar de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos [fuente: Science Daily]

5. Sal para Purificación.

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Los residentes se lavan la ropa y traen agua potable a una bomba pública en Gabón. Muchas personas en África sufren de diarrea causada por beber agua contaminada, pero se ha encontrado que el sol y la sal son buenos desinfectantes para ella. WILFRIED MBINAH / AFP / Getty Images

En los países empobrecidos donde las personas no pueden costearse la construcción de costosas plantas de tratamiento de agua, a veces dependen de un recurso gratuito: la luz solar. Una combinación de calor y radiación ultravioleta del sol

acabar con la mayoría de los microbios que causan diarrea, una enfermedad que cobra la vida de 4,000 niños en África todos los días. Una complicación: para que el proceso funcione, el agua debe ser clara, lo cual es un problema en las áreas rurales donde las personas obtienen su agua de los ríos, arroyos y pozos que producen agua llena de partículas de arcilla suspendidas.

Pero Joshua Pearce, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Tecnológica de Michigan, y su colega Brittney Dawney de la Universidad de Queens en Ontario tienen una solución. En un artículo de 2012 en la Revista de Agua, Saneamiento e Higiene para el Desarrollo, propusieron un régimen de desinfección solar que primero trata el agua con un proceso llamado floculación, en el que se agrega una pequeña cantidad de sal de mesa al agua para extraer la arcilla. Si bien el agua potable resultante tiene niveles más altos de sal de lo que los estadounidenses están acostumbrados, todavía tiene menos que Gatorade. "Yo también he bebido esta agua", dijo Pearce en una entrevista. "Si estuviera en un lugar sin agua limpia y tuviera hijos con diarrea, y esto podría salvar sus vidas, lo usaría, sin duda" [fuentes: Science Daily, Dawney y Pearce].

4. El SteriPEN

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El kit purificador de agua SteriPEN. SteriPEN

Para los viajeros en los países en desarrollo, la exposición al agua insegura puede ser un gran riesgo. ¿No sería genial si pudieras sumergir una varita mágica en agua y purificarla? Ahora, esencialmente, puedes. Un dispositivo de mano llamado SteriPEN, comercializado por Hydro Photon, empresa con sede en Maine, utiliza la luz ultravioleta para erradicar los microorganismos causantes de enfermedades. El dispositivo emplea la misma tecnología de purificación utilizada por las plantas de agua embotellada, pero se miniaturizó, por lo que pesa solo 6.5 onzas (184 gramos) y cabe en una mochila. Péguelo en un litro de agua de arroyo o estanque durante 90 segundos, y listo, es seguro para beber [fuente: Piedra]. Tales sistemas portátiles de purificación de agua pueden destruir bacterias, virus y protozoos, como giardia y cryptosporidium, que pueden causar enfermedades [fuente: New York Times].

El gran mercado para SteriPENS es para mochileros y viajeros, pero también son utilizados por los militares de los Estados Unidos. SteriPEN también ha donado algunos de los dispositivos a los guardabosques que tienen que trabajar en áreas remotas de áreas silvestres donde no tienen acceso al agua del grifo [fuente: Stone]. Una advertencia con la purificación ultravioleta: el agua turbia debe filtrarse previamente primero para eliminar las partículas en suspensión [fuente: Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades].

3. Discos de purificación de agua de cerámica MadiDrop

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La tableta MadiDrop está diseñada para sumergirse en agua, matando al 99.9 por ciento de todos los patógenos. Es más fácil de transportar y más barato que los filtros de macetas pero no elimina los sedimentos. Universidad de Virginia

Los filtros son una forma conveniente y económica de purificar el agua en los países en desarrollo. Pero una organización humanitaria sin fines de lucro con sede en la Universidad de Virginia llamada PureMadi - "Madi" es la palabra sudafricana Tshivenda para "agua" - ha creado una tecnología adicional fácil de usar que puede purificar un recipiente de agua simplemente estando inmerso en ella [fuente: Samarrai]. El MadiDrop es un pequeño disco de cerámica, del tamaño de una hamburguesa, que contiene nanopartículas de plata o cobre que matan microbios. Nanopartículas son básicamente objetos realmente pequeños, especialmente diseñados por científicos para comportarse como una sola unidad [fuentes: Samarrai, Mandal].

El MadiDrop es más barato, más fácil de usar y más fácil de transportar que los filtros de macetas de cerámica más grandes (ilustrados en la primera página) que PureMadi ya está fabricando en una fábrica africana, según James Smith, un ingeniero civil y ambiental que es uno de Los líderes del proyecto. El único inconveniente, una vez más, es que el MadiDrop no elimina las partículas suspendidas que hacen que el agua se enturbie. Así que, idealmente, los usuarios someterán el agua a un proceso de purificación de dos pasos, utilizando primero el filtro de maceta para eliminar los sedimentos y luego erradicando los microbios con MediDrop [fuente: Samarrai].

2. Bacterias que consumen toxinas

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Vista aérea de flamencos sobre el lago Bogoria, Kenia. Este lago salino y alcalino está lleno de cinobacterias que atraen a un gran número de flamencos, a veces 1 millón a la vez. Martin Harvey / Gallo Images / Getty Images

Probablemente, muchos de nosotros pensamos en las algas como el material bruto que tenemos que limpiar de nuestros tanques de peces de vez en cuando, pero también pueden ser una grave amenaza para la salud. Floraciones de algas azul-verdes, llamadas cianobacterias, se encuentran en agua dulce y salada en todo el mundo. Producen toxinas llamadas microcistinas que son ingeridos fácilmente por personas que beben, nadan o se bañan en agua contaminada con ellos. Una vez que las microcistinas entran en su cuerpo, pueden atacar las células del hígado. Eso obviamente no es algo que quieras que suceda.

Desafortunadamente, los métodos convencionales de tratamiento de agua, como la filtración de arena y la cloración, no eliminan estas pequeñas amenazas. Es por eso que un nuevo método de purificación desarrollado por investigadores de la Universidad Robert Gordon de Escocia es muy prometedor. Los investigadores han identificado más de 10 cepas diferentes de bacterias a las que les gusta tener microcistinas para el almuerzo, y son capaces de metabolizarlas para que se descompongan en materiales inocuos y no tóxicos. Si las bacterias asesinas de algas se introducen en las fuentes de agua, deberían poder deshacerse de las microcistinas y hacer que el agua sea segura para beber sin usar ningún producto químico potencialmente dañino [fuente: Science Daily].

1. Nanotecnología

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Una imagen en 3D de un nanotubo de carbono. Los filtros creados a partir de esto podrían eliminar sedimentos, bacterias e incluso rastrear elementos tóxicos del agua con un caudal más rápido que los filtros convencionales. Andrey Prokhorov / E + / Getty Images

Ya hemos mencionado un nuevo dispositivo innovador, el MadiDrop, que utiliza nanopartículas de plata o cobre para matar las bacterias. Pero la nanotecnología, es decir, la ingeniería de objetos y estructuras realmente, realmente pequeños, más pequeños que el ancho de un cabello humano, tiene mucho más potencial para ayudar a limpiar el agua potable del mundo. Investigadores en la India de D.J. El Colegio de Ingeniería de Sanghvi dice que los filtros fabricados a partir de nanotubos de carbono y fibras de alúmina, por ejemplo, podrían eliminar no solo los sedimentos y las bacterias, sino también los rastros de elementos tóxicos como el arsénico.

Una ventaja de usar nanofiltrosComo se les llama, es que son más eficientes que los sistemas de filtración de agua convencionales y no requieren tanta presión de agua. Pero aunque sus poros son mucho más pequeños que los filtros convencionales, tienen una tasa de flujo similar o más rápida [fuente: Science Daily].

En el Instituto de Tecnología de Massachusetts, los investigadores incluso están considerando el uso de la nanotecnología para la desalinización. Están experimentando con el uso de hojas de grafeno, una forma de carbono que es solo un átomo de espesor, para filtrar el agua de mar. Con la nanotecnología, es posible crear láminas llenas de agujeros minúsculos, de apenas una billonésima parte de un metro, que pueden bloquear las partículas de sal pero permitir que las moléculas de agua pasen a través de [fuente: Chandler].

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Nota del autor: 10 innovaciones en la purificación del agua

Crecí lo que solíamos conocer como Steel Valley en el oeste de Pensilvania, donde el río del que dependíamos para el agua potable estaba contaminado con todo, desde metales pesados ​​y ácidos, desde minas de minas hasta aguas residuales sin tratar. Sin embargo, de alguna manera, cuando salió de nuestros grifos, el agua se veía muy clara y sabía bien. Siempre me desconcertó y me pregunté qué tecnología tan elaborada se requería para hacerla potable. La investigación de este artículo fue interesante para mí, porque aprendí tanto sobre la historia de la purificación del agua como sobre las innovaciones recientes que pueden garantizar que las personas de todo el planeta tengan acceso a agua limpia.

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Fuentes

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