Innovación en el tratamiento de aguas residuales domésticas mediante la integración de bioportadores impresos en 3D a humedales artificiales

El tratamiento deficiente de aguas residuales domésticas en zonas rurales pone en riesgo la vida acuática y la salud humana debido a la contaminación microbiológica, la acumulación de nutrientes como nitrógeno y fósforo, y la propagación de enfermedades transmitidas por el agua. Ante esta problemática, se han realizado diversas investigaciones sobre el tratamiento de aguas residuales en estas áreas. Los humedales artificiales han demostrado ser efectivos en la depuración de aguas residuales y ofrecen beneficios ecológicos, aunque requieren mantenimiento regular, especialmente de la grava, que se obstruye con el tiempo por materia orgánica y partículas suspendidas. Esta obstrucción reduce la eficiencia del humedal y requiere limpieza o reemplazo de la grava para restaurar su función.
Una alternativa prometedora es la fabricación de bioportadores en 3D, que podrían reemplazar la grava y mitigar estas limitaciones. La impresión 3D ha abierto nuevas posibilidades, permitiendo crear formas y estructuras personalizadas que optimicen el rendimiento de los humedales artificiales. Este estudio busca fabricar bioportadores impresos en 3D con una alta relación área superficial a volumen y una densidad superior a la del agua. Se implementarán humedales artificiales subsuperficiales de flujo horizontal para el tratamiento de aguas residuales en un sistema a escala piloto. En este sistema, se empleará grava como medio de soporte en un humedal, mientras que en otros dos se usarán bioportadores de tipo I y tipo II construidos con polímeros (polipropileno y tereftalato de polietileno virgen y reciclado).
La geometría porosa para la impresión 3D de los bioportadores se basará en superficies mínimas triplemente periódicas (TPMS) que maximizan el área superficial manteniendo una alta densidad estructural y favoreciendo la adhesión y crecimiento de biomasa. Posteriormente, se evaluará la eficacia de los bioportadores impresos en 3D para la eliminación de contaminantes, comparando la calidad del agua tratada en los humedales que emplean bioportadores con aquellos que usan grava.
Para evaluar el impacto de los bioportadores, se realizarán mediciones quincenales de la calidad del agua, midiendo parámetros fisicoquímicos como pH, demanda bioquímica de oxígeno (DBO), demanda química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos, turbidez, nitrógeno y fósforo. También se realizarán análisis microbiológicos, con énfasis en coliformes fecales, antes y después del tratamiento. El monitoreo se llevará a cabo durante seis meses, garantizando la representatividad de los datos en ambos tipos de humedales.
Asimismo, se analizarán las condiciones hidráulicas del humedal que incorpora los bioportadores impresos en 3D, evaluando factores como la carga superficial, el tiempo de retención hidráulica y el régimen de flujo. Estos aspectos son clave para comprender el rendimiento en cuanto a la eficiencia del tratamiento y la estabilidad operativa a largo plazo. Para el análisis estadístico de los datos, se utilizarán pruebas de hipótesis, como el análisis de varianza (ANOVA), para comparar las diferencias en la remoción de contaminantes entre los dos grupos de tratamiento. También se emplearán pruebas de regresión para modelar la relación entre las variables hidráulicas y la eficiencia del tratamiento.
Este estudio puede contribuir al logro del Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) 6, que busca garantizar la disponibilidad y gestión sostenible del agua y el saneamiento para todos. Además, podría servir como base para desarrollar soluciones más económicas y sostenibles para el tratamiento de aguas residuales en zonas rurales, mejorando la calidad del agua y reduciendo los riesgos para la salud pública.