Las tecnologías de reciclaje de agua desarrolladas para el espacio están ayudando a un oeste estadounidense reseco

WYa sea que viva en el oeste estadounidense que se seca rápidamente o esté a bordo de la Estación Espacial Internacional durante un período de seis meses, tener suficiente agua para vivir es una preocupación constante. A medida que el cambio climático continúa causando estragos en los acuíferos de Occidente, y a medida que la humanidad se adentra más en el sistema solar, los desafíos del suministro de agua potable que enfrentamos hoy en día solo crecerán. , parte de la investigación de reciclaje de agua en órbita de vanguardia de la NASA está regresando a la Tierra.

En la tierra

En California, por ejemplo, la escorrentía de los hogares y negocios del estado, el desagüe pluvial y la escorrentía conectada al techo, se abre paso a través de más de 100,000 millas de líneas de alcantarillado donde, salvo, eventualmente termina en una de las 900 plantas de tratamiento de aguas residuales del estado. . La forma en que se procesa el agua depende de si está destinada al consumo humano o a usos no potables como el riego agrícola, la mejora de humedales y la reposición de aguas subterráneas.

adopta un enfoque de varios pasos para recuperar sus aguas residuales potables. Los sólidos grandes se filtran primero de los fluidos entrantes usando pantallas mecánicas en la cabecera de la planta de tratamiento. Desde allí, las aguas residuales fluyen hacia un tanque de sedimentación donde se elimina la mayoría de los sólidos restantes, que se desvían a los digestores anaeróbicos después de hundirse en el fondo de la piscina. Luego, el agua se envía a un procesamiento secundario donde se airea con bacterias fijadoras de nitrógeno antes de ser empujada a otro tanque de sedimentación o clarificación. Finalmente se filtra a través de una etapa de limpieza terciaria de filtros de polímeros catiónicos donde se eliminan los sólidos restantes. Para 2035, mientras que Aurora, Colorado y Atlanta, Georgia, ya han comenzado a aumentar sus suministros de agua potable con reutilización potable.

“Hay beneficios adicionales más allá de un suministro de agua seguro. Si no depende de la importación de agua, eso significa que hay más agua para los ecosistemas en el norte de California o Colorado”, dijo el profesor de Stanford, William Mitch, en . “Está limpiando las aguas residuales y, por lo tanto, no está descargando aguas residuales y posibles contaminantes en las playas de California”.

Las plantas de tratamiento de aguas residuales en California enfrentan una serie de desafíos, las notas, que incluyen el envejecimiento de la infraestructura; contaminación por productos farmacéuticos desechados incorrectamente y escurrimiento de pesticidas; demandas de la población combinadas con flujos reducidos debido a la sequía inducida por el cambio climático. Sin embargo, su capacidad para entregar agua prístina en realidad supera a la naturaleza.

“Esperábamos que las aguas de reutilización potable fueran más limpias, en algunos casos, que el agua potable convencional debido al hecho de que se les realiza un tratamiento mucho más extenso”, argumentó Mitch en un estudio de octubre en . “Pero nos sorprendió que, en algunos casos, la calidad del agua reutilizada, en particular las aguas tratadas con ósmosis inversa, fuera comparable a la del agua subterránea, que tradicionalmente se considera el agua de mayor calidad”.

Los sólidos extraídos de las aguas residuales también se tratan intensamente durante el reciclaje. La chatarra de la primera etapa se envía a vertederos locales, mientras que los sólidos biológicos colados de la segunda y tercera etapa se envían a cámaras anaerobias donde su descomposición genera que puedan ser quemados para producción eléctrica y convertidos en fertilizante rico en nitrógeno para uso agrícola.

Nueva York, por ejemplo, de sus más de 1200 plantas de tratamiento de aguas residuales (WWTP, por sus siglas en inglés) en todo el estado. Sin embargo, menos de una décima parte de las plantas (116 específicamente) en realidad usan ese lodo para producir biogás, según un informe de 2021 de , y se “utiliza principalmente para alimentar las instalaciones y para la generación combinada de calor y energía de las WWTP”.

El agua no potable se puede tratar aún más directamente y, en algunos casos, . Las aguas residuales, el agua de lluvia y la lata, como el agua de las plantas del vestíbulo y los inodoros después de ser capturadas y tratadas en un (ONWS).

EPA

“Las crecientes presiones sobre los recursos hídricos han llevado a una mayor escasez de agua y una creciente demanda de fuentes de agua alternativas”, el . “La reutilización de agua no potable en el sitio es una solución que puede ayudar a las comunidades a recuperar, reciclar y luego reutilizar el agua para fines no potables”.

En orbita

A bordo de la ISS, los astronautas tienen aún menos margen de maniobra en el uso del agua debido a que la estación es un sistema de circuito cerrado aislado en el espacio. También porque SpaceX cobra $2500 por libra de carga (después de las primeras 440 libras, por las que cobra $1,1 millones) para poner en órbita uno de sus cohetes, y el agua líquida es pesado.

Sistema de agua de la EEI

ESA

Si bien la ISS recibe envíos ocasionales de agua en forma de contenedores de agua de contingencia con forma de bolsa de lona de 90 libras para reemplazar lo que invariablemente se pierde en el espacio, sus habitantes confían en la complicada red de palancas y tubos que se ven arriba y abajo para recuperar cada gota de humedad posible y procesarlo en potabilidad. El ensamblaje de procesamiento de agua de la estación puede producir hasta 36 galones de agua potable todos los días a partir del sudor, el aliento y la orina de la tripulación. Cuando se instaló en 2008, las necesidades de entrega de agua de la estación. Funciona junto con el ensamblaje del procesador de orina (UPA), el ensamblaje de generación de oxígeno (OGA), el reactor Sabatier (que recombina el oxígeno libre y el hidrógeno divididos por el OGA de nuevo en agua) y los sistemas de control ambiental regenerativo y soporte vital (ECLSS) para mantener la estación “” y . Los cosmonautas en el segmento ruso de la ISS dependen de un sistema de filtración separado que solo recolecta la condensación y la escorrentía de la ducha y, por lo tanto, requieren entregas de agua más regulares para mantener sus tanques llenos.

Sistema de agua ISS 2

ESA

En 2017, la NASA actualizó el WPA con un nuevo filtro de ósmosis inversa para “reducir la masa de reabastecimiento del lecho de filtración múltiple WPA y el catalizador mejorado para el reactor catalítico WPA para reducir la temperatura y la presión operativas”, anunció la agencia. ese año. “Aunque el WRS [water recovery system] ha funcionado bien desde que comenzaron las operaciones en noviembre de 2008, se han identificado varias modificaciones para mejorar el rendimiento general del sistema. Estas modificaciones tienen como objetivo reducir el reabastecimiento y mejorar la confiabilidad general del sistema, lo que es beneficioso para la misión en curso de la ISS, así como para futuras misiones tripuladas de la NASA”.

Una de esas mejoras es el Brine Processor Assembly (BPA) mejorado que se entregó en 2021, un filtro que tamiza más sal de la orina de los astronautas para producir más agua recuperada que su predecesor. Pero todavía queda un largo camino por recorrer antes de que podamos transportar tripulaciones de forma segura a través del espacio interplanetario. La NASA señala que el WPA que se entregó en 2008 fue clasificado originalmente para recuperar el 85 por ciento del agua en la orina de la tripulación, aunque su rendimiento ha mejorado desde entonces hasta el 87 por ciento.

diagrama de BPA

NASA

“Para salir de la órbita terrestre baja y permitir la exploración de larga duración lejos de la Tierra, necesitamos cerrar el circuito del agua”, agregó Caitlin Meyer, subdirectora de proyectos de Sistemas de Soporte Vital de Sistemas Avanzados de Exploración en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. “Los sistemas actuales de recuperación de agua de orina utilizan la destilación, que produce una salmuera. los [BPA] aceptará ese efluente que contiene agua y extraerá el agua restante”.

Cuando la orina posprocesada se mezcla con la condensación recuperada y vuelve a pasar por el WPA, “nuestra recuperación general de agua es de aproximadamente el 93,5 por ciento”, dijo Layne Carter, Gerente del Subsistema de Agua de la Estación Espacial Internacional en Marshall., . Para llegar a Marte de manera segura, la NASA calcula que necesita una tasa de recuperación del 98 por ciento o más.

Pero incluso si la tecnología de reciclaje de última generación actual de la ISS no es suficiente para llevarnos a Marte, ya está teniendo un impacto en el planeta. Por ejemplo, a principios de la década de 2000, la compañía Argonide desarrolló un sistema de filtración de agua de nanofibras “NanoCeram” con el apoyo financiero de pequeñas empresas de la NASA. El filtro utiliza fibras de alúmina microscópicas cargadas positivamente para eliminar prácticamente todos los contaminantes sin restringir demasiado la tasa de flujo, lo que eventualmente generaría .

“La ducha comienza con menos de un galón de agua y la hace circular a una velocidad de tres a cuatro galones por minuto, más caudal que el que proporcionan la mayoría de las duchas convencionales”, . “El sistema verifica la calidad del agua 20 veces por segundo, y el agua más contaminada, como el enjuague con champú, se desecha y se reemplaza. El resto pasa por el filtro NanoCeram y luego es bombardeado con luz ultravioleta antes de ser recirculado”. Según el Instituto Sueco para el Control de Enfermedades Transmisibles, el agua resultante es más limpia que la del grifo.

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