El uso intensivo de compuestos de amonio cuaternario (QACs) y otros surfactantes causa problemas operativos en las estaciones de tratamiento de aguas residuales (EDAR) que provocan el paso de grasas, aceites y lubricantes (FOG, por sus iniciales en inglés), otros materiales coloidales y Carbono Orgánico Total (TOC) a las instalaciones de Tratamiento Avanzado de Agua (AWTFs por sus siglas en ingles), o ETAPs. Los problemas incluyen un ensuciamiento acelerado de la microfiltración/ultrafiltración y de la membrana de ósmosis inversa (RO), lo que requiere más energía para los retrolavados y más productos químicos para los procedimientos de limpieza in situ (CIP).
Dado que los QACs y los surfactantes cubren la superficie del agua, las burbujas, los coloides y la biomasa, interrumpen el tratamiento de aguas residuales al emulsionar las aguas residuales, impidiendo la transferencia de oxígeno e inhibiendo la nitrificación.
Los QACs son utilizados por la industria de alimentos y bebidas, hoteles, hospitales y por el ejército por sus propiedades desinfectantes. Su mayor uso debido a las recientes pandemia ha ejercido una presión inmensa sobre las EDARs y las ETAPs por igual.
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) define los surfactantes como "sustancias que disminuyen la tensión superficial de un líquido, la interacción en la superficie entre dos líquidos (llamada tensión interfacial) o entre un líquido y un sólido. Los surfactantes pueden actuar como detergentes, jabones, agentes humectantes, desengrasantes, emulsionantes, espumantes y dispersantes". También afirman que "muchos surfactantes utilizados en productos convencionales se biodegradan lentamente o se biodegradan en productos químicos más tóxicos, persistentes y bioacumulables, amenazando la vida acuática".
Es importante que los usuarios y las EDARs disminuyan los efectos perjudiciales de los surfactantes para lograr un efluente residual más sostenible y respetuoso con el medio ambiente. John Crisman, de Moleaer, analiza las formas en que los usuarios pueden ayudar en este artículo del Pacific Coast Business Times sobre la forma sencilla de aligerar la carga de nuestras plantas de tratamiento de agua. Este blog cubre cómo las EDARs pueden mitigar los efectos negativos de los QACs y los surfactantes con la tecnología de nanoburbujas.
Las nanoburbujas, de ~100 nanómetros de diámetro, degradan los contaminantes de las aguas residuales para mejorar la eficiencia del tratamiento y aumentar el rendimiento del proceso. Las grasas, aceites y los surfactantes son atraídos y se acumulan en la superficie hidrófoba de las nanoburbujas. Las nanoburbujas liberan energía al colapsar, lo que rompe las cadenas de carbono, convirtiendo la demanda química de oxígeno de biodegradación lenta (sbCOD, por sus siglas en ingles) en COD demanda química de oxígeno de biodegradación rápida (rbCOD, por sus siglas en inglés).
Las siguientes definiciones son de una presentación de Alloway en la asociación del agua de Ohio (WEA):
Durante una prueba reciente en la Estación Depuradora de Aguas Residuales (del Distrito Sanitario de Goleta (GSD), en California, la tecnología de nanoburbujas de Moleaer se utilizó para tratar 16.000 m3/día de aguas residuales municipales y eliminar compuestos inhibidores como los QACs. La EDAR de Goleta recicla el 30% de su efluente terciario como agua para riego.
Al pretratar las aguas residuales con nanoburbujas de aire, esta EDAR de Goleta en California logró:
Estas mejoras conducen a una huella de carbono global más baja en los procesos de la EDAR, liberando recursos para el Tratamiento Avanzado de Agua (), incluida la posibilidad de microfiltrar el agua debido a una reducción del Carbono Orgánico Total que habría contribuido a la bioincrustación y aumentado el consumo de químicos y energía durante el tratamiento avanzado del agua.
Dos pruebas piloto adicionales destinadas a cuantificar los efectos del uso de nanoburbujas para eliminar el Carbono Orgánico Total antes de la microfiltración están en curso en California.
Los datos de Goleta muestran que al eliminar las presiones ambientales del sbCOD de los surfactantes y las grasas y aceites en las aguas residuales, el proceso secundario mantiene una biomasa que responde con mayor agilidad a los cambios en la carga de nutrientes y los controles del proceso. Esto se traduce en un aumento significativo de la capacidad de tratamiento secundario y una disminución significativa del consumo de energía de aireación, lo que reduce la huella de carbono general del ciclo del agua.
Los datos también muestran que al convertir el sbCOD en rbCOD, el proceso biológico convierte de manera más eficiente el BOD en sólidos solubles para mejorar aún más la calidad del agua efluente en las EDARs y disminuir la demanda de cloro. El resultado final es un efluente de mayor calidad (menor Carbono Orgánico Total y nutrientes) que reduce la cantidad de tratamiento químico y energía necesarios para el tratamiento avanzado de agua.