En los negocios, el tiempo es dinero. Toda interrupción de la actividad habitual tiene el potencial de desencadenar un gran costo financiero en perjuicio de las ganancias, y la recuperación de sus efectos puede resultar difícil.
La industria del agua en su totalidad enfrenta un desafío que, si bien acecha a muchos, sólo pocos saben cómo tratarlo con eficacia: el biofouling (también conocido como bioincrustaciones) y los biofilms (biopelículas). Este problema microscópico puede convertirse rápidamente en una monstruosa pesadilla para toda la industria del agua, ya que ralentiza los caudales, obstruye las tuberías y los intercambiadores de calor y reduce la eficiencia de las instalaciones de tratamiento de aguas.
Sin embargo, las cosas no tienen por qué resultar de este modo. Las empresas de la industria del agua ya no tienen que resignarse a operar bajo el miedo de solo poder recurrir a costosos biocidas y a decisiones de gestión que no ofrecen los resultados que les aseguren poder operar sin problemas. Hoy, para aquellas empresas que tienen visión de futuro, el desperdicio de su valioso tiempo y dinero en soluciones que nunca resuelven el problema de fondo podría convertirse en cosa del pasado. Fruto de la ciencia y la innovación, se ha descubierto una solución moderna para este antiguo problema: los ultrasonidos.
Tanto los resultados de numerosas investigaciones como los de sus aplicaciones en el mundo real indican que los ultrasonidos constituyen una solución rentable y respetuosa con el medio ambiente para los problemas causados por los biofilms y el biofouling. En primer lugar y antes de profundizar en las soluciones para su gestión, examinemos con mayor detalle el fenómeno de los biofilms y estudiemos por qué resultan tan problemáticos para la industria. Al final de este artículo, tendrá un panorama completo del biofouling y los biofilms en las industrias del agua y de por qué la tecnología ultrasónica es la principal solución eficaz y ecológica disponible en el mercado para una gestión hídrica sostenible.
El biofouling es la acumulación de microorganismos, plantas, algas o pequeños animales—normalmente en las superficies y estructuras subacuáticas—capaces de producir su degradación y perturbar la eficacia de dichas estructuras. Los biofilms son un tipo específico de biofouling. Quizá ya los conozca, ya que los biofilms se presentan como aquellas sustancias típicamente viscosas o gelatinosas que cubren las superficies, especialmente alrededor de masas de agua. Estas capas pegajosas en sí mismas son una comunidad de uno o varios tipos de microorganismos, que pueden incluir bacterias, hongos o protistas. Constituyen una de las formas de vida más exitosas en nuestro planeta, establecidas desde hace millones de años.
Los biofilms están en todas partes, y van desde organismos unicelulares microscópicos conviviendo a niveles que escapan a la percepción del ojo humano hasta algas de varios centímetros de espesor sobre formaciones rocosas. Para crecer, los biofilms necesitan agua y una fuente de nutrientes, que resultan fáciles de encontrar en muchos entornos naturales y artificiales. Si bien los biofilms son naturales y desempeñan un papel esencial en muchos sistemas ecológicos, pueden ocasionar numerosos problemas si crecen en el lugar equivocado y no se controlan.
¿Cómo crecen los biofilms? Si bien pueden estar formados por gran variedad de tipos de microorganismos, lo más habitual en el medio acuático es que estén formados por algas. Siendo plantas, las algas necesitan luz solar y nutrientes como el fósforo y el nitrógeno para crecer. Debido a la escorrentía de nutrientes, muchas masas de agua registran un marcado aumento de nutrientes en sus sistemas. Muchos de estos nutrientes provienen de fertilizantes y pesticidas utilizados en tierras de cultivo. Con el tiempo, este aumento exponencial de la disponibilidad de nutrientes, combinado con un clima que se vuelve generalmente más cálido, acelera vertiginosamente el crecimiento de las algas. La industria del agua necesita una solución asequible para detener este crecimiento, especialmente en el caso de algas nocivas como las cianobacterias.
Las cianobacterias o algas verde-azules son especialmente problemáticas en la gestión de aguas. Aunque esto puede variar según las condiciones ambientales, que a su vez son diferentes en cada masa de agua, cuando no se detectan y gestionan adecuadamente. Las cianobacterias suelen ser desastrosas para la industria del agua. Su presencia suele resultar en una mala calidad del agua, lo que supone un riesgo para la salud humana y del ganado, los animales domésticos, además de afectar otras industrias que dependen del agua. Afortunadamente, existen medidas que se pueden poner en práctica para garantizar que las cianobacterias y otros biofilms no se conviertan en floraciones de algas nocivas.
En los últimos años, el estudio de los biofilms ha aumentado considerablemente. Debido a su éxito, los biofilms han evolucionado la capacidad de repeler ciertos biocidas, lo que dificulta su gestión. Según investigadores de Montana, la gestión de los biofilms en los Estados Unidos le cuesta a la industria del agua miles de millones de dólares en pérdidas de energía, daños en equipamiento y contaminación de productos. Los últimos datos científicos sugieren que un enfoque integral resulta primordial para lograr una estrategia anti-fouling sostenible, incluyendo el análisis de la situación de fouling, la selección de los componentes adecuados su gestión y el seguimiento eficaz del crecimiento de los biofilms. Aplicar unos cuantos productos químicos al problema y esperar lo mejor ya no es suficiente.
Si los biofilms son naturales, ¿por qué representan un problema para la industria del agua? En pocas palabras, los biofilms suelen crecer en zonas inaccesibles o difíciles de penetrar por los biocidas de tratamiento de aguas que ya estén en circulación dentro de un sistema. Si no se tratan, los biofilms pueden crecer rápidamente y convertirse en depósitos más grandes, capaces de ocasionar daños estructurales en el sistema, además de crear un caldo de cultivo perfecto para bacterias perjudiciales para la salud humana, como la Legionella, Pseudomonas, E. Coli y otras enfermedades transmitidas por el agua. Los biofilms también aumentan la necesidad de desinfectantes y oxidantes, estimulan la generación de subproductos de la desinfección, corroen las tuberías y componentes metálicos y, cuando se descuidan, pueden crecer tan densamente que llegan a restringir el flujo en las tuberías. Pueden causar enormes problemas a su empresa que pueden costarle tiempo, dinero e incluso vidas.
Otro término de la industria que puede haber encontrado en referencia al daño causado por biofilms es la Corrosión por Influencia Microbiana (MIC o Microbially Influenced Corrosion, en inglés). La MIC afecta a muchas industrias, desde las dedicadas al procesamiento químico, la generación de energía nuclear, al tratamiento de aguas y otras.
Mantener la calidad higiénica y estética del agua durante su transporte en los sistemas de distribución sigue siendo un desafío para la tecnología del agua potable. La presencia de biofilms en las redes de agua potable resulta especialmente problemática y puede ser responsable de diversos problemas operativos y de calidad del agua. Entre ellos: la pérdida de niveles residuales de desinfectantes en el sistema de distribución, el aumento de los niveles de bacterias, la reducción del oxígeno disuelto, cambios en el sabor y olor del agua, problemas de aguas rojas o negras debidos a bacterias reductoras de hierro o sulfatos, la corrosión por influencia microbiana, la rugosidad hidráulica y la reducción en la vida útil de los materiales.
Desgraciadamente, hervir agua contaminada con biofilms y biofouling no elimina las toxinas sino que, por el contrario, aumenta sus niveles de concentración, según la ONG norteamericana Consejo Nacional de Defensa de los Recursos (NRDC o National Resource Defense Council, en inglés). El NRDC también señala que el coste económico de los biofilms en los Estados Unidos aún no ha sido determinado en su totalidad, pero hay estimaciones que sugieren que el coste de la gestión de las floraciones de agua dulce es de 4.600 millones de dólares anuales. Estos fenómenos suelen afectar negativamente a las economías locales, ya que las floraciones de algas persistentes suelen suponer pérdidas millonarias en ingresos por turismo, a la vez que repercuten negativamente en el suministro de agua para uso residencial.
Una vez que se han establecido en un sistema de agua, los biofilms pueden ser difíciles de eliminar. La materia orgánica, los desechos y el polvo ingresan con facilidad en un sistema de aguas, aportando alimento a las bacterias y estimulando su crecimiento. Además, restringir el flujo de estos nutrientes hacia un sistema de agua puede ser casi imposible. En lugar de eliminar completamente el biofilm—que es una tarea poco práctica—, hay que enfocarse en reducir el impacto del biofilm en la eficiencia y funcionamiento diario de la planta de tratamiento.
Tradicionalmente, los productos químicos más utilizados en la gestión de biofilms (conocidos como biocidas) son el cloro y el bromo. Sin embargo, estos productos químicos tienen sus propias limitaciones y no constituyen una solución única o completa para su manejo. Ocurre que el bromo y el cloro sólo pueden penetrar en las capas más externas del biofilm, por lo que su aplicación requiere combinarlos con otros productos químicos. Incluso así, no son completamente eficaces en la eliminación de todas las bacterias y al cabo de un tiempo pueden reducir su efectividad. Esto, debido a que el bombardeo continuo de biocidas a microorganismos como las bacterias hace que evolucionen y se adaptan para resistirlos, lo que plantea graves problemas para su eficacia y la seguridad del sistema.
Desafortunadamente, agregar productos químicos a un sistema y esperar lo mejor no es una solución para la gestión de los biofilms. Y no sólo eso, sino que, tras décadas de investigación, ahora sabemos que los productos químicos utilizados para tratar los biofilms pueden ser perjudiciales para la fauna y el medio ambiente en general. Además, ahora tenemos mayor conciencia de que no todas las bacterias son perjudiciales para la salud humana. Por el contrario, algunas de ellas son beneficiosas tanto para el medio ambiente como para la humanidad. ¿Cómo pueden los gestores de aguas asegurarse de que los tratamientos de aguas sólo ataquen a las bacterias perjudiciales? La gestión de los niveles de nutrientes es esencial en la reducción a corto y largo plazo de las floraciones de algas nocivas y los biofilms. Para ello, hay que realizar pruebas periódicas de todos los afluentes y secciones de la masa de agua para determinar su origen, después de lo cual se pueden aplicar posibles soluciones de gestión. Pero esto puede ser costoso para una empresa, ya que requiere invertir tiempo, dinero y recursos humanos para resolver el problema.
Por otro lado, si no se tratan adecuadamente, los biofilms producen daños en las infraestructuras, generan amenazas para la salud y reducen los beneficios de las empresas. Entonces, ¿cuál es la solución? Afortunadamente para los profesionales de la industria del agua que han soportado este dolor de cabeza durante décadas, una tecnología novedosa e innovadora está abriendo el camino a una solución ecológica y sostenible para la gestión de los biofilms, que además resulta rentable para las empresas. Aunque parezca mentira, se puede evitar la formación de biofilms por medio de la aplicación de ultrasonidos. Aunque su uso se asocia habitualmente a procedimientos hospitalarios, los ultrasonidos se están convirtiendo rápidamente en la solución para la gestión de algas y biofilms.
La tecnología ultrasónica es pionera en la gestión de las floraciones de algas nocivas. Su uso es seguro, requiere poca intervención manual y ha demostrado su eficacia para eliminar las algas. Por lo tanto, tiene sentido que la industria del agua también pueda utilizar los ultrasonidos para abordar otras formas de biofouling y biofilms. Aunque se reconoce que cada biofilm es único y presenta sus propios problemas, cada vez es más evidente que un enfoque holístico de la gestión es la mejor solución para resolver eficazmente los problemas de biofilms. La tecnología ultrasónica es una solución capaz de brindar un alivio rápido y duradero al problema. Cuando se combina con la reducción de los niveles de nutrientes, es una medida de gestión óptima para reducir rápidamente los niveles de algas.
El biofouling es un problema recurrente en toda la industria. Sin embargo, la tecnología más reciente de ultrasonidos de alta potencia constituye una técnica lo suficientemente potente como para eliminar el biofouling en cuestión de minutos. ¿Cómo funciona?
La tecnología ultrasónica tiene dos formas principales: intensidad de subcavitación e intensidad de cavitación. Ambos métodos previenen o inhiben eficazmente el biofouling producido por las algas. Sin embargo, las diferencias en su enfoque pueden perjudicar al medio ambiente en general. Mientras que la subcavitación crea vibraciones de alta frecuencia y se considera más ecológica, los métodos de cavitación suelen provocar cambios de presión microscópicos que resultan destructivos y pueden dañar el medio ambiente y las infraestructuras asociadas. Durante las técnicas de cavitación, la intensa presión térmica genera radicales libres de hidrógeno que pueden matar bacterias y otros organismos, provocar reacciones de oxidación y degradar las capas anticorrosivas.
La tecnología de ultrasonidos es pionera en el uso de tecnología de subcavitación. Sorprendentemente, cuando la tecnología de ultrasonidos se utiliza correctamente, puede crear una turbulencia que impide que las bacterias se instalen. Esto se logra produciendo frecuencias que hacen que las algas alcancen su frecuencia de resonancia natural, es decir, la velocidad a la que vibrarán. Dado que la formación de biopelículas comienza con la adhesión de las bacterias a una superficie, estas frecuencias, formas de onda y amplitudes específicas de ultrasonidos pueden impedir la formación de biofouling al detener este mecanismo de las bacterias.
El antifouling o anti-incrustante por ultrasonidos utiliza un sonido de alta frecuencia capaz de reducir o prevenir el biofouling en estructuras y superficies acuáticas. Se calcula que aproximadamente el 95% de las 70.000 especies y dos millones de subespecies de algas resultan afectadas por los sistemas ultrasónicos. Por ello, las últimas soluciones ultrasónicas son prácticas y ofrecen una forma más segura de eliminar las algas nocivas. El tratamiento ultrasónico de LG Sonic puede reducir el crecimiento de las algas en un 70 a 90% y evitar el crecimiento del biofouling.
Una de las características más atractivas de la tecnología de ultrasonidos es que ofrece una solución integral de supervisión y gestión para la industria del agua. No sólo ataca los biofilms y el biofouling desde sus inicios, sino que además cuenta con sensores de agua para controlar continuamente el agua circundante y detectar cambios en la química del agua antes de que se conviertan en un problema. Muchos sistemas cuentan además con paneles solares, lo que elimina la necesidad de fuentes de energía en tierra y reduce el costo total de operación del sistema.
Aunque existe una gran variedad de versiones de esta tecnología en el mercado, las ondas sonoras ultrasónicas de LG Sonic crean una resonancia en las superficies sólidas dentro del agua que resulta única en la industria y es capaz de evitar que las bacterias se adhieran a las superficies. Al utilizar tecnología de ultrasonidos, puede tener la tranquilidad de saber que dispone de un sistema de control permanente que ataca la formación de biofilm en su punto de origen, permitiendo a su empresa ocuparse del trabajo importante sin interrupciones.