Investigación

Tratar el agua no es solo bajar una concentración. El nitrógeno y el fósforo se remueven por vías biológicas —nitrificación, desnitrificación autótrofa y heterótrofa, anammox, feammox— y cada vía tiene su propio rendimiento y su propio costo. Las estudiamos en reactores de biomasa suspendida y de biopelícula, con soportes como el azufre elemental y la zeolita natural chilena, tanto en aguas subterráneas como en aguas residuales.

Junto a los nutrientes llegan los contaminantes emergentes: antibióticos, antiinflamatorios, herbicidas, hidrocarburos aromáticos. Aparecen en concentraciones de microgramos por litro, y su destino dentro de un reactor biológico —cuánto se degrada, cuánto se adsorbe, cuánto pasa de largo— está lejos de estar resuelto.

El tercer frente es el que suele quedar fuera del balance: el óxido nitroso. Es un producto intermedio de la desnitrificación, tiene casi trescientas veces el potencial de calentamiento del CO₂ y además destruye ozono estratosférico. Medimos cuánto se emite y cómo cambia esa emisión cuando hay contaminantes emergentes en el agua, un dato del que hoy casi no existe información.

Palabras clave

• Nitrificación
• Desnitrificación autótrofa
• Anammox y feammox
• Fármacos y pesticidas
• Óxido nitroso
• Azufre elemental
• Zeolita natural

El rendimiento de un biorreactor no depende solo de la cinética. Depende de cómo circula el fluido entre los granos del lecho, de dónde se forma la biopelícula, de qué tan rápido llega el sustrato a la bacteria. Nada de eso se ve desde el exterior, y es justamente lo que la simulación permite abrir.

Trabajamos con dinámica de fluidos computacional acoplada a transporte y cinética biológica, con geometrías reales obtenidas por tomografía computarizada, y con acoplamiento CFD–DEM para seguir cómo cambia el medio a medida que se consume. La validación es parte del método: los modelos se confrontan con distribuciones de tiempo de residencia medidas en el reactor, un observable que integra todo lo que ocurre dentro.

El alcance va más allá de los reactores de tratamiento de agua: los mismos flujos multifásicos aparecen en la biofiltración de gases, en medios porosos colonizados por biopelícula y en la digestión anaerobia. El horizonte es un gemelo digital del reactor: un modelo con el que operar y escalar, en vez de ajustar por prueba y error.

Palabras clave

• CFD
• OpenFOAM
• CFD–DEM
• Tomografía computarizada
• Distribución de tiempos de residencia
• Flujo multifásico
• Gemelos digitales

Una planta de tratamiento de aguas residuales produce lodos, y esos lodos son su mayor problema de manejo: salen del proceso con humedad muy alta, lo que encarece el transporte y la disposición. Pero también contienen materia orgánica que puede convertirse en biogás y nutrientes que pueden recuperarse.

Trabajamos en los pretratamientos que cambian esa ecuación. La microaireación —dosis controladas de oxígeno en un ambiente anaerobio— mejora la hidrólisis y la deshidratación posterior. La digestión anaerobia convierte la materia orgánica en metano e hidrógeno, y su rendimiento depende de la mezcla de sustratos, de los micronutrientes disponibles y de la estabilidad del proceso: todo eso se modela. El biosecado, en paralelo, aprovecha el calor de la propia actividad biológica para secar el lodo.

El líquido que se separa del lodo tampoco se trata como un descarte: es una corriente concentrada de la que se puede recuperar nitrógeno y fósforo. Ahí las tres líneas del grupo se cruzan —remoción de nutrientes, modelación del proceso y valorización del residuo— y es donde la idea de economía circular deja de ser una consigna y se vuelve un balance de masa.

Palabras clave

• Digestión anaerobia
• Microaireación
• Biosecado
• Deshidratación de lodos
• Biogás y bioH₂
• Recuperación de N y P
• Economía circular