Adaptación de tecnologías convencionales de tratamiento de agua para la eliminación de componentes orgánicos de residuos líquidos radiactivos: mecanismos de sorción y coagulación

Por qué la limpieza del agua radiactiva importa para todos

Las centrales nucleares, los centros de investigación y los hospitales generan residuos líquidos radiactivos que con frecuencia contienen compuestos orgánicos persistentes, como aceites, detergentes y disolventes. Estos orgánicos hacen que los residuos radiactivos sean más difíciles y costosos de depurar, y pueden interferir con la inmovilización segura de materiales radiactivos en forma sólida. Este estudio explora si los mismos métodos sencillos usados para tratar agua potable y aguas residuales podrían ayudar también a eliminar estos contaminantes orgánicos de los líquidos radiactivos, ofreciendo una opción más barata y práctica—algo especialmente importante para países como Ucrania, que afrontan tensiones en el suministro de agua y energía por la guerra.

Herramientas antiguas para un tipo nuevo de residuo

Las instalaciones nucleares modernas suelen apoyarse en tecnologías avanzadas como membranas, plasma o potentes agentes oxidantes para tratar residuos líquidos radiactivos. Aunque eficaces en el laboratorio, estos métodos tienden a consumir mucha energía, ser técnicamente complejos y no estar ampliamente disponibles como equipos industriales listos para usar. Mientras tanto, tratamientos familiares de agua potable—como la adsorción en carbón activado, la coagulación con sales metálicas y la filtración simple—están bien probados, son relativamente económicos y fáciles de operar. La pregunta central de esta investigación fue si estas técnicas establecidas, ya comunes en plantas municipales de agua, podrían adaptarse para eliminar la fracción orgánica de los residuos líquidos radiactivos y facilitar la solidificación y el almacenamiento seguro del residuo final.

Cómo funcionan conjuntamente los pasos de limpieza

Los investigadores prepararon un modelo de residuo líquido que imitaba la mezcla orgánica típicamente encontrada en instalaciones nucleares, combinando hidracina, ácidos orgánicos, detergentes y otros aditivos comunes en agua. A continuación aplicaron un tratamiento en tres etapas: primero se añadió carbón activado finamente pulverizado y se mezcló suavemente para adsorber las moléculas orgánicas disueltas en su vasta superficie interna. Después se introdujo arcilla bentonita en polvo procedente de un gran yacimiento ucraniano como agente de turbidez, seguida de una solución de cloruro férrico que actuó como coagulante. En esta etapa, los compuestos de hierro ayudaron a aglomerar partículas en suspensión y la bentonita en agregados mayores, arrastrando consigo orgánicos adicionales al formarse. Tras un breve período de decantación, el agua clarificada se pasó por papel de filtro para capturar los lodos resultantes, quedando un líquido considerablemente más limpio.

Lo que revelaron los experimentos

El equipo midió la contaminación orgánica usando tres indicadores estándar: carbono orgánico total (COT) y dos variantes de demanda química de oxígeno, DQO(Mn) y DQO(Cr), que reflejan cuánta capacidad oxidante se necesita para descomponer los orgánicos. Con dosis optimizadas de carbón activado, bentonita y cloruro férrico, el proceso redujo el COT aproximadamente 2,85 veces, la DQO(Mn) 2,63 veces y la DQO(Cr) 4,19 veces—correspondiente a una eliminación de cerca del 75% de los orgánicos disueltos. El análisis estadístico mostró que el carbón activado y el coagulante a base de hierro fueron los principales impulsores de la eficiencia de limpieza, mientras que el papel de la bentonita fue más sutil. Cuando se empleó en cantidades moderadas, la bentonita aceleró la coagulación y sedimentación, pero añadir demasiado la estabilizaba en coloides y redujo la cantidad de materia orgánica que podía eliminarse.

Entendiendo las distintas pruebas de contaminación

En la vigilancia real, los laboratorios no siempre miden la contaminación orgánica de la misma manera; algunos se basan en DQO(Cr), otros en DQO(Mn) o COT. Para salvar estas diferencias, los autores desarrollaron modelos matemáticos de “conversión” que permiten estimar un indicador a partir de otro mediante ecuaciones sencillas. Dentro del rango de sus experimentos, los valores de DQO(Cr) podían traducirse de forma fiable a DQO(Mn) o COT, lo que ayuda a los operadores a comparar resultados, evaluar el rendimiento del tratamiento y tomar decisiones incluso si solo disponen de un tipo de ensayo. Esto facilita integrar el nuevo método en los sistemas de control existentes sin tener que reformar las rutinas de laboratorio.

Del lodo a la seguridad sólida

Más allá de limpiar el agua, el estudio destaca qué ocurre con los contaminantes capturados. El proceso combinado de sorción–coagulación concentra materia orgánica y radionúclidos en un lodo que puede mezclarse en concretos alcalinos especiales, conocidos como geoconcretos. Estos materiales son resistentes a la lixiviación y no requieren procesamiento a altas temperaturas, ofreciendo una forma duradera de inmovilizar radionúclidos en una matriz sólida mientras se devuelve el agua tratada de forma segura al medio ambiente. Para Ucrania, donde la energía nuclear es importante, el agua dulce es limitada y la infraestructura está bajo presión bélica, métodos de bajo coste, baja energía y robustos podrían reducir significativamente los riesgos asociados a los líquidos radiactivos almacenados.

Lo que esto significa en términos cotidianos

En pocas palabras, los investigadores demostraron que no siempre hacen falta tecnologías de última generación y consumidoras de energía para hacer más segura el agua residual radiactiva. Combinando de forma inteligente pasos bien conocidos—permitiendo que el carbón activado atrape los contaminantes orgánicos, empleando arcilla y sales de hierro para agregarlos y sedimentarlos, y luego filtrando la mezcla—obtuvieron reducciones de la contaminación orgánica de entre tres y cuatro veces. Esto facilita convertir el residuo radiactivo restante en un sólido estable y reduce el volumen de líquido peligroso que debe almacenarse. Para el público, este trabajo apunta a maneras más asequibles y desplegables de mantener bajo control los subproductos líquidos de la energía nuclear, incluso en regiones con presupuestos ajustados e infraestructuras sometidas a tensiones.

Cita: Charnyi, D., Zabulonov, Y., Lukianova, V. et al. Adaptation of conventional water treatment technologies for organic component removal from liquid radioactive waste: sorption and coagulation mechanisms. Sci Rep 16, 2626 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36799-2

Palabras clave: aguas residuales radiactivas, carbón activado, arcilla bentonita, coagulación y filtración, tratamiento de residuos nucleares