Ya no es un secreto sucio.
El aumento del nivel del mar y las inundaciones están entre los mayores problemas que enfrentan las zonas costeras. Muchos señalan el cambio climático como la fuerza detrás de estos cambios.
Pero no es la única causa.
Esto es especialmente cierto en la zona de Hampton Roads, Virginia. Está salpicada de marineros y tripulaciones de bases navales y aéreas cercanas. También está situada cerca del nivel del mar, en la zona costera sureste del estado. La erosión y las costas que avanzan amenazan las masas terrestres.
Parte de ese problema es la captación de agua potable. El nivel del terreno disminuye con el paso de los años porque los usuarios bombean tanta agua del suelo. Eso acelera el ritmo de la intrusión de agua de mar.
El Distrito de Saneamiento de Hampton Roads trata los efluentes de aguas residuales con técnicas avanzadas de tratamiento. Nuevas investigaciones demuestran que este proceso puede tener un efecto positivo en la subsidencia —hundimiento de tierra o asentamiento gradual hacia abajo— y la intrusión de agua de mar. Así como formas rentables de purificar el efluente.
HRSD cubre las zonas que rodean Virginia Beach, Norfolk y Newport News, Virginia.
La gestión de aguas residuales es el proceso de eliminación de aguas residuales humanas e industriales sin peligro para la salud humana ni daños inaceptables al medio ambiente natural. Sin embargo, la descarga de los efluentes de la planta puede afectar la salud de los cursos de agua circundantes y, en consecuencia, de las masas terrestres adyacentes.
HRSD está luchando contra estos desafíos medioambientales con la Iniciativa para el Agua Sostenible para el Mañana, o SWIFT. Hablaré más de eso más adelante.
Distrito Saneador de Hampton Roads
Ramola Vaidya es becaria de investigación y estudiante de doctorado en Virginia Tech, también conocida como Virginia Polytechnic Institute and State University. Está realizando una investigación novedosa en el Distrito Saneador de Hampton Roads.
Vaidya y su equipo están desarrollando métodos avanzados de tratamiento de agua que no solo devuelven las aguas residuales a un nivel saludable, sino que elevan el nivel del agua subterránea y previenen el hundimiento del suelo y la intrusión de agua de mar.
Vaidya creció en la India, en Pune. Es una ciudad en el estado de Maharashtra, en la parte occidental del país. Se trasladó a Virginia para cursar su máster y luego el doctorado.
"Me encantó crecer en la India y me encanta la comida y la cultura indias", dijo. "Hice mi grado en ingeniería química en India. Hay escasez de agua en la India, y algún día me encantaría trabajar en algunos de los problemas de agua allí."
Ramola Vaidya
El trabajo de Vaidya sigue la iniciativa SWIFT. SWIFT es un proyecto de tratamiento de agua en el este de Virginia diseñado para proteger el medio ambiente de la región, mejorar la sostenibilidad del suministro de agua subterránea a largo plazo y ayudar a abordar presiones medioambientales como la restauración de la bahía de Chesapeake, la subida del nivel del mar y la intrusión de agua salada.
SWIFT toma agua altamente tratada que las plantas de otro modo vertirían en los ríos locales y la somete a rondas adicionales de tratamiento avanzado para cumplir con los estándares de calidad del agua potable. Las plantas vacían el agua SWIFT hacia el acuífero del Potomac, la principal fuente de agua subterránea en todo el este de Virginia.
El tratamiento de aguas residuales generalmente implica tres etapas:
La mayoría de las instalaciones de reutilización utilizan algún tipo de sistema de membranas y ósmosis inversa o ultrafiltración, dijo Vaidya. Eso implica una membrana semipermeable y delgada con poros lo suficientemente pequeños como para dejar pasar agua pura. Bloquea moléculas más grandes como sales disueltas y otras impurezas como bacterias.
"Si miras en la costa oeste, donde la escasez de agua es el motor, ahí es donde han estado usando membranas", dijo. "Estamos intentando optar por el método sin membrana. De hecho, hemos demostrado que es igual de eficaz y rentable. No solo por la calidad del agua, sino que es rentable para nosotros usarlo."
El objetivo de SWIFT es reducir los nutrientes vertidos en la bahía de Chesapeake desde las aguas residuales tratándolas mediante métodos avanzados. Después, la planta inyectaría el efluente en el acuífero para proporcionar una solución sostenible a la disminución del nivel de agua subterránea en el acuífero.
El equipo de Vaidya utiliza los pasos adicionales de ozonación, biofiltración y adsorción para convertir las aguas residuales tratadas en agua potable de calidad.
"Básicamente hemos puesto un tratamiento avanzado de agua en la parte trasera de la planta de aguas residuales", dijo Vaidya. "Y luego recargamos el acuífero (Potomac) con esta agua SWIFT de calidad de agua potable. También estamos impidiendo que todos los nutrientes que actualmente se están descargando lleguen a la bahía de Chesapeake."
El equipo de Vaidya demostró que logró una buena calidad del agua con su tratamiento, comparable al agua potable, y cumplió con todas las normativas. Eso incluye las Regulaciones Nacionales de Agua Potable Secundaria. Demostró que el tratamiento es suficiente, incluso desde el punto de vista del patógeno.
El experimento comenzó en una de las 16 instalaciones de tratamiento de Hampton Road como un programa piloto. Eso duró un año y medio.
"Luego ampliamos a una instalación de un millón de galones por día, que sigue siendo una instalación de investigación, pero a una escala mucho mayor", dijo. "Y ahora estamos recargando esa agua en el acuífero. Esta instalación lleva funcionando un año."
Como beneficio adicional, el equipo ha observado un aumento en el nivel del suelo a pequeña escala.
Equipo piloto para el proceso experimental de tratamiento de agua en el Distrito Saneador de Hampton Roads
Vaidya utiliza espectroscopía de fluorescencia para monitorizar los compuestos orgánicos disueltos en el agua a medida que pasa por los distintos pasos del tratamiento.
Su investigación se centra en el ozono y la biofiltración. Toma muestras del efluente antes, durante y después de las distintas etapas del proceso de tratamiento.
"Cuando se toma muestras durante el proceso, se observa la efectividad de diferentes operaciones de tratamiento", dijo.
Un HORIBA Aqualog en el laboratorio del Distrito de Alcantarillado de Hampton Roads
Vaidya utiliza un espectrofluorómetro HORIBA Aqualog® para detectar materia orgánica disuelta en el efluente. El Aqualog es el único instrumento que, gracias a su exclusiva tecnología A-TEEM, mide simultáneamente tanto espectros de absorbancia como matrices de excitación-emisión de fluorescencia (EEMs). Adquiere EEMs hasta 100 veces más rápido que con otros instrumentos.
Vaidya prefiere la espectroscopía de fluorescencia con el Aqualog a otros métodos.
"El análisis UV254 también puede hacerse en cualquier otra máquina", dijo. "Lo realmente bueno del Aqualog es que puedes obtener un espectro completo en diferentes longitudes de onda, y eso te da una idea de la distribución orgánica antes y después del tratamiento."
"La fluorescencia que genera el Aqualog te da un gráfico 3D con excitación y emisión. Y eso te indica cuánta luz está fluorescendo: te da una idea sobre los compuestos orgánicos."
Vaidya informó que la fluorescencia total disminuyó tras la ozonización. Una vez que el efluente fue enviado a biofiltración y absorción granular de carbón activo, su equipo pudo eliminar aún más los orgánicos, resultando en valores de fluorescencia aún más bajos.
Vaidya espera redactar su tesis y defenderla durante el verano de 2020 para terminar su doctorado.
"Ha sido desafiante y emocionante a la vez. Empezamos de cero y ahora tenemos una instalación a escala de 1 MGD (un millón de galones al día) que ha estado recargando el acuífero. Pronto tendremos plantas SWIFT a gran escala", dijo. "Y no soy solo yo. Es un gran equipo de personas trabajando en este proyecto lo que ha hecho esto posible."
Entonces, ¿cuál es su siguiente paso tras obtener un doctorado en ingeniería civil y ambiental?
"Soy ingeniera, así que voy a dedicarme a la consultoría", dijo. "No quiero dedicarme a la academia. Quiero trabajar para una consultora que trabaje para diferentes compañías eléctricas como Hampton Roads. Así podré seguir trabajando en proyectos de reutilización como SWIFT que implican tratamiento de aguas residuales y agua potable."
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