Los métodos químicos tradicionales utilizados para la desinfección del agua de consumo son eficientes pero causan sus propios problemas ambientales y para la salud, por ejemplo la formación de subproductos químicos nocivos. Un nuevo tratamiento físico alternativo, basado en campos eléctricos mejorados, permitiria desinfectar el agua de forma rápida y con un bajo consumo de energía, coste e impacto ambiental.

Nuevo método de desinfección del agua

Aunque la desinfección del agua de consumo con productos químicos es muy eficiente y ampliamente utilizada, tiene algunos efectos no deseados como la generación de subproductos nocivos para la salud. Por ello es interesante la investigación de otros enfoques alternativos, como los tratamientos físicos con luz ultravioleta (UV), térmico o de campo eléctrico. 

Una investigación realizada en el Georgia Institute of Technology (EEUU) ha profundizado en este último, mejorando el tratamiento de campo eléctrico convencional (CEFT) para conseguir la inactivación ultrarrápida de bacterias presentes en el agua.

La tecnología desarrollada, que puede integrarse en la red eléctrica o alimentarse con baterías, permite utilizar pequeñas descargas de electricidad para desinfectar el agua, reduciendo el consumo de energía, el coste del tratamiento y también su impacto ambiental. 

Los autores del trabajo, Ting Wang y Xing Xie, explican en el artículo Nanosecond bacteria inactivation realized by locally enhanced electric field treatment, publicado en la revista Nature Water el pasado mes de enero, como han desarrollado el tratamiento de "campo eléctrico mejorado localmente" (LEEFT) que mediante electrodos modificados puede inducir la inactivación ultrarrápida de bacterias con pulsos eléctricos de nanosegundos.

Tratamiento de campo eléctrico mejorado localmente

El tratamiento de campo eléctrico convencional (CEFT) se aplica para la pasteurización de alimentos pero se ha utilizado poco para la desinfección del agua potable debido a su costo relativamente alto.

En los procesos de tratamiento CEFT se aplican pulsos eléctricos de alto voltaje entre dos electrodos de placa paralelos, para generar un fuerte campo eléctrico que daña de forma irreversible la membrana celular e inactiva la célula bacteriana.  Cuando el agua y las bacterias se exponen a la electricidad, la membrana de la célula bacteriana se carga como un condensador en un circuito. Pero, por lo general, en el tratamiento CEFT, la baja conductividad del agua hace que que los pulsos eléctricos de nanosegundos no carguen la membrana lo suficientemente rápido como para matar las bacterias.

Para solucionar este problema, los investigadores de Atlanta crearon un campo eléctrico mejorado localmente (LEEFT), que permite que la carga eléctrica llegue directamente a la bacteria. En este caso los electrodos tienen estructuras de punta a nanoescala, que mejoran localmente el campo eléctrico acumulando cargas concentradas instantáneamente cuando se conectan a la electricidad. Las bacterias ubicadas en las nanopuntas se cargan instántaneamente con las cargas concentradas lo que las daña irreversiblemente.

Asi pues el tratamiento LEEFT permite por una parte reducir los voltajes aplicados para la desinfección y por otra que las cargas eléctricas lleguen directamente a la membrana de las células y eliminen las bacterias de forma mucho más rápida.

La velocidad de acción es un parámetro importante, que indica la eficacia de un método de desinfección del agua ya que velocidades más altas permiten caudales más altos y tiempos de retención hidráulica más bajos. Mediante el tratamiento LEEFT el tiempo de inactivación de las bacterias se mueve en la escala de nanosegundos

Según los autores, esta tecnología reduce la cantidad de electricidad que se necesita para desinfectar el agua, lo que la convierte en una opción asequible y apunta a la posibilidad de que la producción de agua potable tenga un bajo impacto ambiental.

Por el momento investigan su eficacia a pequeña escala en el laboratorio para luego mejorar sus aplicaciones para la desinfección del agua en el mundo real.

Fuente: Wang, T., Xie, X. Nanosecond bacteria inactivation realized by locally enhanced electric field treatment. Nat Water 1, 104–112 (2023)