Un estudio publicado en Environmental Science and Ecotechnology reporta una plataforma autónoma que convierte aguas residuales en una fuente de agua limpia y fertilizante. Investigadores de la Universidad de Temple y el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey desarrollaron un sistema de circuito cerrado que vincula la ósmosis directa asistida eléctricamente (eFO) con una celda de desalinización microbiana (MDC), permitiendo que la electricidad producida por microbios alimentados con aguas residuales impulse la recuperación de nutrientes y agua.
El sistema aborda la creciente necesidad de recuperar recursos de las aguas residuales en medio de la escasez de agua, limitaciones energéticas y demanda de fertilizantes. El tratamiento convencional se centra en la eliminación de contaminantes, pero el diseño integrado permite la recuperación de agua, nutrientes y energía en un proceso estable. El módulo eFO utiliza un gradiente osmótico para extraer agua de las aguas residuales hacia una solución de sulfato de magnesio. Cuando se aplica un campo eléctrico suave, los iones de magnesio migran de regreso hacia el lado de las aguas residuales, reaccionando con amonio y fosfato para formar estruvita, un fertilizante de liberación lenta.
El componente MDC alberga microorganismos electroactivos que oxidan materia orgánica, generando electrones que apoyan la desalinización. Los investigadores recolectaron esta electricidad microbiana, la almacenaron en un supercondensador de 400 faradios, regularon el voltaje y la retroalimentaron a la unidad eFO. A escala de laboratorio, el MDC generó más de 7.0 milivatios, mientras que el módulo eFO consumió menos de 1.0 milivatio. En comparación con el control, el flujo de agua aumentó un 57%, la recuperación de estruvita pasó de 0.25 a 0.71 gramos a 1.8 voltios, y la eficiencia total de desalinización mejoró un 45%. A voltajes más altos, la recuperación de estruvita alcanzó 1.03 gramos a 3.8 voltios.
Para guiar la operación, el equipo desarrolló un modelo híbrido que combina ecuaciones de transporte mecánico con una máquina de vectores de soporte (SVM), permitiendo predecir la recuperación de estruvita, la demanda química de oxígeno (DQO), la conductividad y la producción de energía en diferentes condiciones. Los autores enfatizaron que el estudio muestra cómo el tratamiento de aguas residuales puede rediseñarse como un bucle conectado de recuperación de recursos en lugar de operaciones unitarias separadas. La retroalimentación interna, donde la electricidad microbiana controla directamente el movimiento de iones y la formación de fertilizantes, hace que el enfoque sea más práctico para corrientes ricas en nutrientes, como las aguas residuales ganaderas.
Los resultados apuntan a aplicaciones en el tratamiento descentralizado de aguas residuales, la gestión de residuos agrícolas y futuras instalaciones de recuperación de recursos. Sin embargo, la ampliación requerirá trabajo de ingeniería: el MDC produjo suficiente energía para el módulo eFO, pero los tiempos de retención hidráulica, el tamaño del módulo, la cosecha de estruvita, la incrustación de membranas y la durabilidad de los electrodos necesitan optimización. Una evaluación tecnoeconómica estimó un costo neto de tratamiento a escala de laboratorio de 10.2 dólares por metro cúbico, que se reduce a 3.3 dólares por metro cúbico en un escenario de ampliación de ingeniería.
El estudio fue parcialmente apoyado por la Oficina de Recuperación de EE. UU. (Premios #13761566 y R22AC00433) y el proyecto NSF/BSF (Premio #2215387). La publicación fue financiada en parte por el Fondo de Acceso Abierto de las Bibliotecas de la Universidad de Temple. El estudio completo está disponible en https://doi.org/10.1016/j.ese.2026.100730.
