Plasma atmosférico frío para la inactivación bacteriana en agua del Nilo y aguas residuales

Por qué importa el agua más limpia

El agua segura sustenta la salud pública, sin embargo los ríos y los flujos de aguas residuales con frecuencia transportan microbios causantes de enfermedades que eluden los tratamientos tradicionales. Este estudio explora una herramienta de la física moderna llamada plasma atmosférico frío, un gas ionizado a temperatura ambiente, para ver si puede eliminar de forma silenciosa y eficiente bacterias dañinas en el agua del Nilo y en aguas residuales sin añadir productos químicos.

Una nueva forma de limpiar agua sucia

Los investigadores se centraron en dos grupos bacterianos comunes que señalan contaminación fecal y pueden ser difíciles de eliminar: Escherichia coli, una bacteria Gram negativa ampliamente utilizada como indicador de contaminación, y especies de Bacillus, bacterias Gram positivas que forman esporas resistentes. Recolectaron agua real del Nilo y aguas residuales, no solo agua de laboratorio limpia, para probar cómo funciona este enfoque en mezclas complejas y naturalmente sucias. Su objetivo fue averiguar cuán rápido el plasma atmosférico frío podía reducir las bacterias vivas y si podría funcionar como un paso práctico y respetuoso con el medio ambiente en el tratamiento del agua.

Cómo funciona el tratamiento con plasma

En su montaje, un electrodo de hilo delgado se situaba justo por encima de la superficie del agua dentro de un tubo de vidrio, alimentado por una fuente de alta tensión común. Al activarlo a un voltaje cuidadosamente elegido, se generaba una descarga corona suave y no térmica: una red de diminutos filamentos de plasma entre el hilo y el agua. Aunque el gas sobre la superficie permanecía cerca de la temperatura ambiente, se llenaba de electrones energéticos, iones y formas reactivas de oxígeno y nitrógeno de vida corta. Estas partículas reactivas se introducen en el agua, donde generan especies químicas de vida más larga como peróxido de hidrógeno y nitrato que pueden atacar a los microbios sin hervir el líquido.

Qué les pasó a los microbios

Para seguir el efecto sobre las bacterias, el equipo contó colonias que crecían en placas nutritivas antes y después de exposiciones breves al plasma. En el agua del Nilo, ocho minutos de tratamiento redujeron el número de bacterias al menos un millón de veces, hasta el punto en que no crecieron colonias. En las aguas residuales, seis minutos fueron suficientes para eliminar bacterias detectables. La Gram negativa E. coli resultó más fácil de inactivar que los Bacillus Gram positivos, lo que refleja sus paredes celulares más delgadas y capas externas más frágiles. Cuando los científicos siguieron el crecimiento de E. coli durante un día completo, observaron que exponer los cultivos durante su fase activa de crecimiento provocó caídas bruscas en la turbidez, un crecimiento parcial de los supervivientes y luego un declive final, lo que demuestra que el plasma produjo daños duraderos en lugar de un retroceso temporal.

Cambios dentro de las células y en el agua

La microscopía electrónica de barrido ofreció una vista de cerca de la batalla entre el plasma y las bacterias. Las células no tratadas parecían varillas lisas, pero las células tratadas con plasma se abollaron, picaron y finalmente colapsaron en fragmentos arrugados llenos de orificios. Estas formas son señales de daño oxidativo a las membranas y a las estructuras de soporte. Al mismo tiempo, el agua misma cambió: su temperatura subió solo hasta alrededor de 54 grados Celsius en la superficie, muy por debajo de los niveles típicos de esterilización por calor, lo que confirma que este no era un proceso térmico. El pH descendió de cerca de la neutralidad a valores ácidos alrededor de 3, y la conductividad eléctrica aumentó a medida que se formaban nuevos iones, consistente con la acumulación de compuestos reactivos de oxígeno y nitrógeno que ayudan a inactivar microbios.

Qué podría significar esto para el tratamiento del agua futuro

En conjunto, los hallazgos muestran que el plasma atmosférico frío basado en corona puede reducir fuertemente la contaminación bacteriana tanto en agua de río como en aguas residuales sin recurrir al cloro o al calor elevado. Daña las células mediante especies químicas reactivas y efectos eléctricos en lugar de por ebullición, y sigue siendo efectivo incluso contra bacterias Gram positivas relativamente resistentes. Aunque se necesita más trabajo para escalar el método y evaluar subproductos a largo plazo, este estudio sugiere que el plasma no térmico podría convertirse en una adición útil y ecológica al conjunto de herramientas para hacer más segura el agua potable y tratar aguas residuales en regiones que luchan contra la contaminación microbiana persistente.

Cita: El-Hossary, F.M., Noureldein, E.A., El-Kassem, M.A. et al. Cold atmospheric plasma for bacterial inactivation in Nile water and wastewater. Sci Rep 16, 15749 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52839-3

Palabras clave: plasma atmosférico frío, desinfección del agua, río Nilo, tratamiento de aguas residuales, inactivación bacteriana