Investigadores Hongkoneses desarrollan bioreactor de malla que trata aguas residuales con 20 veces más eficiencia y 50% menos coste

Nuevo sistema de tratamiento de aguas de HKUST limpia mallas en solo 3.8 segundos y supera estándares globales con un 50% menos de energía.

• Limpieza ultrasónica en segundos.
• Menos energía, más agua tratada.
• Coste por metro cúbico reducido a la mitad.
• Menos residuos, menos membranas desechadas.
• Solución pensada para ciudades densas.

HKUST desarrolla una tecnología de depuración de alta eficiencia y bajo consumo energético

Un equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong ha presentado una tecnología que replantea uno de los grandes cuellos de botella del tratamiento moderno de aguas residuales: la acumulación de suciedad y biomasa en los sistemas de filtrado. La propuesta combina un biorreactor de malla con un sistema de limpieza por ultrasonidos basado en cavitación transitoria, capaz de eliminar incrustaciones en cuestión de segundos, incluso en condiciones anaerobias.

En la práctica, esto se traduce en algo muy concreto: más agua tratada con menos energía y menos materiales consumidos. El sistema alcanza flujos entre 10 y 20 veces superiores a los de los biorreactores de membrana convencionales, mientras reduce el coste por metro cúbico tratado hasta aproximadamente la mitad. Para plantas municipales saturadas o industrias con grandes volúmenes de efluentes, esa diferencia deja de ser un dato técnico y pasa a ser una decisión presupuestaria.

El trabajo ha sido liderado por el profesor Chen Guanghao, junto a Guo Hongxiao y el doctorando Luo Yu, y publicado en la revista Nature Water bajo el título “Transient cavitation enables ultrafast fouling removal in mesh bioreactors for efficient sludge–liquid separation during wastewater treatment”. Más allá del impacto académico, el estudio pone sobre la mesa una alternativa realista para modernizar infraestructuras que, en muchos países, llevan décadas funcionando con el mismo principio básico.

Los sistemas tradicionales de tratamiento secundario se apoyan en biorreactores de membrana (MBR), donde microorganismos aeróbicos o anaeróbicos descomponen la materia orgánica y una membrana física separa el lodo del agua limpia. Funcionan bien, pero tienen un talón de Aquiles conocido: la incrustación de la membrana. Cada capa de biofilm reduce el flujo, obliga a limpiezas químicas frecuentes y, con el tiempo, a reemplazar componentes costosos. El resultado es un sistema fiable, sí, pero intensivo en mantenimiento, energía y materiales.

El enfoque del nuevo biorreactor de malla cambia esa lógica. En lugar de depender de una membrana densa, utiliza una malla con poros entre 10 y 200 micrómetros. La separación no la hace solo el material, sino una biocapa autogenerada que se forma a partir de los propios sólidos y microorganismos retenidos. Esa capa actúa como filtro natural. Cuando empieza a saturarse, entran en juego los transductores piezoeléctricos: generan microburbujas que colapsan sobre la superficie y desprenden la suciedad sin dañar la estructura.

El resultado es una limpieza completa en menos de 10 segundos en condiciones aeróbicas y tan solo 3,8 segundos en tratamiento de aguas domésticas en modo anaerobio. Para hacerse una idea, muchos sistemas actuales necesitan ciclos de limpieza mucho más largos y, en ocasiones, paradas parciales de operación.

Las cifras técnicas refuerzan el potencial del diseño. Cada metro cuadrado de malla puede procesar entre 148 y 307 litros por metro cuadrado y hora, manteniendo la integridad del material durante meses de funcionamiento continuo. El agua tratada presenta sólidos en suspensión por debajo de 20 miligramos por litro, superando el estándar de Hong Kong, que fija el límite en 30. En términos energéticos, el consumo se mueve entre 2,5 y 47 vatios hora por metro cúbico, una fracción de lo que requieren muchos sistemas comparables.

Durante más de 120 días de pruebas continuas y un ensayo adicional de 21 días con aguas residuales reales, la malla apenas mostró desgaste estructural. Hubo pequeñas variaciones en la rugosidad y en el tamaño de los poros, nada que comprometiera la estabilidad mecánica. Un detalle importante, porque en el mundo real los sistemas no se miden en semanas, sino en años.

Desde el punto de vista operativo, uno de los avances menos llamativos, pero más valiosos, es la reducción del tiempo de reforma de la biocapa a menos de 10 minutos. En los sistemas convencionales, tras una limpieza, el filtro tarda en recuperar su capacidad óptima, lo que puede afectar la calidad del efluente. Aquí, ese “tiempo muerto” prácticamente desaparece.

El trasfondo de todo esto es más amplio que la ingeniería. Las ciudades crecen, el consumo de agua aumenta y el cambio climático introduce más estrés en ríos, acuíferos y sistemas de saneamiento. Tratar más volumen con menos recursos ya no es una aspiración verde, es una necesidad de planificación urbana. Tecnologías como esta encajan especialmente bien en entornos densamente poblados, donde ampliar una planta suele ser más complicado que mejorar lo que ya existe.

Además, el ahorro económico estimado —en torno a cinco centavos de dólar por metro cúbico tratado— puede parecer pequeño en una hoja de cálculo, pero en una instalación que procesa millones de metros cúbicos al año se convierte en una cifra que influye en tarifas, presupuestos municipales y decisiones políticas.

Potencial

Integrar este tipo de biorreactores en plantas existentes podría ser una vía rápida para modernizar infraestructuras sin construir desde cero. Un “retrofit” inteligente, con módulos de malla y limpieza ultrasónica, permitiría aumentar la capacidad de tratamiento en el mismo espacio físico.

En el ámbito industrial, sectores como la alimentación, la química o el textil podrían aprovechar la tecnología para recircular agua dentro de sus propios procesos, reduciendo captaciones externas y costes de vertido.

A nivel urbano, su bajo consumo energético abre la puerta a combinar estas plantas con energía renovable local, como fotovoltaica en cubiertas o acuerdos con redes de distrito, acercando el tratamiento de aguas a un modelo de operación casi neutro en emisiones.

No es una solución mágica, claro. Pero sí una pieza más en un puzzle que apunta hacia ciudades más resilientes, sistemas de agua menos derrochadores y una relación con los recursos que, poco a poco, deja de ser extractiva para volverse circular. Y eso, en tiempos de sequías, calor extremo y crecimiento urbano acelerado, ya es decir bastante.

Más información: Yu Luo et al, Transient cavitation enables ultrafast fouling removal in mesh bioreactors for efficient sludge‒liquid separation during wastewater treatment, Nature Water (2025). DOI: 10.1038/s44221-025-00531-7