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Filtración sostenible para la provisión de agua potable en comunidades rurales en desarrollo utilizando biochar generado localmente

Abstract:

La disponibilidad de un sistema de potabilización en comunidades rurales en desarrollo es limitada, o poseen una planta de tratamiento de agua ineficiente, que no garantiza la calidad e inocuidad del recurso para el consumo humano; por lo que es necesario implementar un sistema accesible y de alta eficiencia, que cuente con soluciones sostenibles. La implementación de biochar como medio filtrante es una opción poco investigada en este tipo de sistemas, pero debido a su amplio uso en el tratamiento de aguas residuales y en la remoción de contaminantes químicos, y a la facilidad de su producción, esta investigación tuvo como objetivo evaluar la eficiencia del biochar como material filtrante para tratamiento de agua potable para comunidades en desarrollo. El estudio comprende la producción de biochar utilizando como biomasa residual: eucalipto (E), bambú (B) y raquis de plátano (R), a través de la aplicación de dos procesos de pirólisis lenta denominados “a” y “b”, que difieren entre sí por su temperatura y tiempo de pirólisis; con valores promedio de alrededor de 300 °C y 60 minutos, 400 °C y 107 minutos, respectivamente. Se evaluó la eficiencia de estos materiales en el proceso de filtración con diferentes tipos de agua (cruda, floculada y sedimentada) a una tasa de 120 m3 /m2 /d, encontrando que el biochar de bambú manufacturado bajo el proceso “b” (Bb) fue el de mejor desempeño. Luego de ello, para este mismo material (Bb), bajo las mismas condiciones de operación, se probaron tres granulometrías distintas, determinando que el tamaño efectivo de mejor rendimiento en el proceso de filtración fue el más fino (0.65 mm). Posteriormente, se comparó este bio carbón con materiales filtrantes convencionales como grava, arena y antracita, también con diferentes tipos de agua (cruda, floculada y sedimentada) y a diferentes tasas de filtración (120 y 240 m3 /m2 /d) para la remoción de parámetros físicos (turbidez y color), encontrando que el material filtrante de mejor rendimiento fue precisamente el biochar, con eficiencias promedio de remoción de turbidez y color, respectivamente, de 64.37 y 45.08 %, para agua cruda; 93.9 y 90.75 %, para agua floculada; y, 80.79 y 69.03 %, para agua sedimentada. De igual forma, para estos lechos filtrantes (arena, biochar, antracita y grava), se probó la remoción de parámetros químicos y biológicos a una tasa de 180 m3 /m2 /d, obteniendo para el biochar las siguientes eficiencias: cobre del 75.9 %, aluminio del 90.72 %, hierro del 95.7 %, nitratos del 10.9 %, coliformes totales del 94.3 % y coliformes fecales del 88.9 %; determinando que para la remoción de metales (cobre, aluminio y hierro) y de coliformes totales, las eficiencias alcanzadas por el biochar fueron las más altas entre los materiales filtrantes comparados. Adicionalmente, se pudo demostrar que el volumen de agua de lavado requerido para el biochar es inferior respecto los demás lechos. Finalmente, se probó las eficiencias de remoción de turbidez y color para lechos mixtos (combinando varios materiales), encontrando que para el tratamiento de agua floculada y sedimentada el biochar contribuye a mejorar el rendimiento de la arena y antracita en el proceso de filtración, y que además ayuda a reducir el volumen de agua requerido por estos lechos durante el proceso de lavado. Los resultados obtenidos señalan al biochar producido localmente como una opción viable para la provisión de agua potable en comunidades rurales en desarrollo y como una alternativa a tener en consideración para la consecución del sexto objetivo de la Agenda para el Desarrollo Sostenible para el año 2030: acceso universal para agua, saneamiento e higiene