Tres décadas de investigación en tratamiento de residuos

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¿Qué país queremos los uruguayos? ¿Es posible un “Uruguay Natural” sin cuidado ambiental? ¿Es mejor apostar a la producción primaria y de servicios o incluir, además, el desarrollo industrial empleando los productos del agro y agregarles valor?

La Facultad de Ingeniería, en particular su Instituto de Ingeniería Química, está abocado a formar profesionales para el desarrollo de la industria química, la agroindustria y la industria alimentaria en el país. El desarrollo productivo industrial, en particular la implantación de nuevos emprendimientos como una nueva planta de celulosa, son bienvenidos siempre que el esquema productivo no genere en el largo plazo un perjuicio ambiental o una pérdida de recursos naturales que no hayan sido previamente bien evaluados y resulten tolerables, es decir, que sean considerados irrelevantes. Por ello, el Instituto de Ingeniería Química, a partir de la visión de la doctora María Viñas, que en 1985 había retornado del exilio en México, entendió que era imperioso desarrollar conocimiento en el área del tratamiento de efluentes y reducir así los perjuicios ambientales, para habilitar el incremento de producción industrial.

Fue a partir de su impulso que el instituto comenzó sus actividades de investigación proponiendo y desarrollando soluciones de tratamiento de efluentes industriales. Se generaron luego varios grupos de investigación que profundizaron en este tema y en otros, derivados.

Efluentes industriales y contaminación

Un ejemplo: la industria láctea -uno de nuestros principales rubros de exportación- genera aguas residuales, producto del lavado de las instalaciones industriales, de los tanques de leche, etcétera. Esta agua no contiene mayormente productos químicos, sino que se compone básicamente de leche diluida o alguno de sus componentes. Sin embargo, estos compuestos, aunque inocuos para nosotros, deterioran los cursos de agua debido a que provocan un enorme incremento de microorganismos que se alimentan de los residuos orgánicos y reducen así la concentración de oxígeno en el agua. De este modo, la población de peces y organismos que requieren oxígeno se ve reducida y el equilibrio del curso se rompe. La contribución de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo genera también otros problemas, como el crecimiento explosivo de algas.

Pero, por fortuna, existen y se han desarrollado métodos de tratamiento de estas aguas, al igual que las aguas residuales generadas por los frigoríficos, lavaderos de lana, curtiembres, etcétera. Desde el instituto hemos trabajado en este sentido y contribuido a diseñar plantas de tratamiento en todos estos rubros. En particular, nos hemos abocado al estudio del tratamiento biológico de efluentes y residuos.

Los tratamientos biológicos emplean microorganismos para reducir la contaminación orgánica, es decir, confinan en uno o varios tanques los microorganismos (que en este contexto llamamos biomasa) que de otra manera crecerían en el curso de agua. El agua depurada es separada de la biomasa antes de su vertido.

El diseño de estos sistemas ha sido objeto de estudio, y el instituto ha participado en el diseño conceptual de plantas como Conaprole, Lanera Santa María, Coleme y Coca-Cola, entre otras. Además, se han desarrollado dos patentes en relación a estos sistemas, y se han publicado más de 50 artículos científicos. El foco del estudio ha sido puesto en el modelado matemático orientado a la predicción de las eficiencias de remoción y la maximización de la generación de biogás. Por otra parte, el modelado ha permitido mejorar los diseños de los sistemas de reacción biológica, permitiendo una operación más eficiente y sorteando dificultades operacionales que los hacen más amigables para los operadores.

Efluentes industriales vs efluentes en el agro

La producción agropecuaria, en particular en la medida en que se intensifica, es generadora de contaminación: por caso, en la cría de ganado estabulado se concentran las excretas animales. Estas excretas en sí mismas, y las aguas que escurren de las pilas donde se acumulan, son residuos y efluentes orgánicos, pero si estas aguas o sólidos llegan a un curso de agua generan los mismos problemas que los efluentes industriales. Sin embargo, en este caso las excretas son, además de un problema, una oportunidad: contienen nutrientes y micronutrientes que el suelo requiere para la producción de alimento animal.

Por ello, el abordaje del tratamiento de residuos en el medio agrario es diferente y el desafío consiste en optimizar la distribución de los residuos para su mejor aprovechamiento, sin perjuicio ambiental ni riesgo sanitario y a costos adecuados.

Hemos trabajado intensamente desde 2003, en conjunto con el Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria, el Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca y organizaciones de productores de leche, en el diseño de soluciones de tratamiento para tambos.

Transformar residuos en recursos

Los tratamientos biológicos pueden realizarse por procesos aeróbicos o anaeróbicos (en presencia o en ausencia de oxígeno, respectivamente). En particular, el tratamiento anaerobio de efluentes y residuos sólidos es una fuente de biogás, ya que cuando se emplean microorganismos particulares y se evita el ingreso de oxígeno en los sistemas, se produce por fermentación una mezcla de gases con alto contenido de gas metano combustible. Por esto los residuos se consideran con esa doble condición: es necesario tratarlos para evitar la contaminación de cursos de agua, agua subterránea, etc., y pueden ser fuente de recursos valiosos como el biogás. También los barros (la biomasa) que se generan en las plantas de tratamiento son un material con potencial fertilizante. El Instituto de Ingeniería Química ha desarrollado y puesto en operación sistemas anaerobios de tratamiento y cuenta con una unidad piloto de pruebas para tratamiento y generación de biogás.

Transformar recursos en productos valiosos

En nuestra visión, es preciso concebir el futuro productivo efectuando una economía de recursos naturales, que son cada vez más escasos. Los residuos adquieren así otra dimensión: la posibilidad de constituirse en materias primas para la fabricación de productos químicos de alto valor. En este contexto, los residuos y efluentes industriales se conjuntan con los residuos y la producción agrícola. Constituyen la materia prima para concebir procesos que generen productos comercializables. La biorrefinería, es decir, la obtención de productos valiosos a partir de biomasa, es otro de los aspectos que desde hace más de diez años abordamos en el Instituto de Ingeniería Química. Hemos empleado para ello barros provenientes de plantas de tratamiento anaerobio de efluentes, en particular de barros de lavaderos de lana, y contamos con numerosas publicaciones en este sentido, además de una patente de invención. Asimismo, el instituto trabaja en la valorización de residuos de la industria de celulosa, como el licor negro. Este efluente, rico en lignina, se quema en las plantas de pulpa para generar energía. La lignina, que representa aproximadamente 30% de la madera, es un polímero abundante que puede ser empleado para sustituir parcialmente la matriz de productos de la industria petroquímica, con las consiguientes ventajas ambientales. Actualmente se investigan aplicaciones alternativas a la combustión, como adhesivos, recubrimientos, precursor de químicos, etcétera. Este es el camino que tenemos por delante.

Soledad Gutiérrez || Profesora agregada en el Instituto de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería (Universidad de la República) e integra el Sistema Nacional de Investigadores, Nivel I.