Sustainable Water Management in Construction: Application of Natural Coagulant-Treated Greywater for Interlocking Paving Stones

El agua es la savia de la construcción, el ingrediente invisible que permite que el cemento se endurezca para formar las aceras, las entradas de vehículos y las calles que dan forma a nuestras ciudades. Sin embargo, a medida que las ciudades crecen y las poblaciones aumentan, la demanda de agua fresca y limpia para mezclar con el hormigón se ha convertido en una carga para los recursos globales. Si bien la industria de la construcción consume una parte significativa del agua dulce del mundo, existe un reservorio vasto y a menudo ignorado de agua en nuestros hogares: las aguas grises. Estas son las aguas residuales relativamente limpias generadas por duchas, lavabos y lavadoras, distintas del agua fuertemente contaminada de los inodoros. El desafío siempre ha sido cómo tratar estas aguas grises de manera segura y económica para reutilizarlas en materiales de construcción sin debilitar el producto final. Durante décadas, los investigadores han buscado formas de limpiar esta agua, recurriendo a menudo a tratamientos químicos costosos o sistemas de filtración complejos que requieren altos costos energéticos.

En un estudio reciente, un equipo de investigadores de Nigeria y el Reino Unido exploró un enfoque más simple y natural para este problema. Investigaron si las aguas grises podían limpiarse utilizando extractos de plantas comunes —específicamente semillas y cáscaras de árboles y frutos que se encuentran en la región— y luego usarse para fabricar adoquines intertrabados. Estos adoquines son los bloques modulares utilizados para crear senderos y entradas de vehículos duraderos. Los investigadores querían ver si el tratamiento de esta agua con estos coagulantes naturales, que actúan como imanes para atraer la suciedad e impurezas fuera del agua, daría como resultado piedras que fueran tan fuertes, o quizás incluso más fuertes, que aquellas hechas con agua del grifo estándar. Su trabajo sugiere que, mediante el uso de plantas disponibles localmente, podríamos convertir un producto de desecho doméstico en un recurso valioso para construir ciudades sostenibles, reduciendo la necesidad de recurrir a nuestras menguantes reservas de agua dulce.

El equipo se propuso probar cuatro materiales naturales diferentes: semillas del árbol de Moringa, semillas de la planta de Cucumis melo, cáscaras de la planta de banano y semillas del fruto de la papaya. Recolectaron aguas grises de residencias universitarias estudiantiles y las filtraron a través de un sistema sencillo de arena y grava. Luego, trataron lotes de esta agua con extractos de cada una de las cuatro plantas. El proceso permitió que las proteínas y enzimas naturales en los extractos de las plantas agruparan las partículas suspendidas en el agua sucia, haciéndolas lo suficientemente pesadas para hundirse en el fondo. Una vez que el agua se aclaró, recolectaron cuidadosamente la capa superior, que ahora estaba mucho más limpia, y la utilizaron para mezclarla con cemento, arena y polvo de piedra para crear adoquines. Fabricaron estas piedras en un tamaño y forma estándar, asegurando que lo único que cambiaba entre cada lote fuera el tipo de agua utilizada para la mezcla. Algunos adoquines se hicieron con el agua gris tratada con plantas, otros con agua gris no tratada, y un grupo de control se hizo con agua limpia y potable de un pozo universitario para servir como base de comparación.

Después de que los adoquines fueron moldeados, los investigadores dejaron que curaran, o endurecieran, durante periodos de tiempo específicos, manteniéndolos sumergidos en el mismo tipo de agua con la que fueron mezclados para asegurar una prueba justa. Luego sometieron los adoquines a una serie de exámenes rigurosos. Midieron cuánta agua podían absorber los adoquines, lo que indica qué tan porosos y potencialmente débiles podrían ser. También probaron cuánto peso podían soportar los adoquines antes de romperse, una medida conocida como resistencia a la compresión. Finalmente, utilizaron potentes microscopios para observar la estructura microscópica de los adoquines endurecidos, examinando los elementos diminutos que los componían para entender cómo las diferentes aguas habían cambiado la química interna del cemento.

Los resultados revelaron que no todos los tratamientos vegetales eran iguales, y la elección de la planta marcaba una diferencia drástica en la calidad final de la piedra. Los adoquines hechos con agua tratada con semillas de papaya fueron los que mejor se desempeñaron de todos. Estas piedras fueron significativamente más fuertes que las hechas con agua limpia del grifo. Después de veintiocho días de curación, los adoquines tratados con papaya alcanzaron una resistencia de 11.20 megapascales, lo que es casi un cincuenta por ciento más fuerte que el grupo de control hecho con agua potable. Además, estos adoquines absorbieron muy poca agua, una señal de que eran densos y bien formados. Los investigadores encontraron que el extracto de papaya probablemente contenía enzimas que ayudaron al cemento a reaccionar de manera más efectiva, creando una estructura más apretada y robusta. El tratamiento con semilla de Moringa también produjo excelentes resultados, creando piedras que eran más fuertes que el grupo de control, aunque no tan fuertes como las de la papaya.

Sin embargo, el estudio también mostró que usar el tratamiento incorrecto podía ser perjudicial. Los adoquines hechos con agua tratada por las plantas Cucumis y Musa, así como aquellos hechos con agua gris completamente sin tratar, resultaron ser más débiles que el grupo de control. Estos adoquines tardaron más en fraguar y finalmente no alcanzaron los niveles de resistencia de los adoquines de agua estándar del grifo. Este hallazgo es crucial porque demuestra que simplemente añadir cualquier material vegetal al agua sucia no es suficiente; las propiedades químicas específicas del extracto de la planta importan inmensamente. El agua gris sin tratar, en particular, contenía sustancias que interferían con la capacidad del cemento para endurecerse adecuadamente, provocando una caída en la resistencia con el tiempo. Esto resalta que, si bien las aguas grises son un recurso viable, deben tratarse correctamente para que sean útiles.

Cuando los investigadores observaron los detalles microscópicos de los adoquines, vieron evidencia clara de por qué los adoquines de papaya y Moringa eran tan fuertes. Los adoquines hechos con los tratamientos vegetales de mejor desempeño mostraron una composición química diferente a los demás. Los adoquines tratados con papaya, por ejemplo, tenían un equilibrio único de elementos que sugería una estructura interna muy densa y bien conectada. El estudio confirmó que los coagulantes naturales hicieron más que solo limpiar el agua; de hecho, alteraron el entorno químico en el que el cemento se endurecía, mejorando a veces el producto final más allá de lo que el agua limpia podría lograr. Las pruebas de absorción de agua respaldaron esto, mostrando que los adones más fuertes eran también los que absorbían menos agua, indicando una matriz sólida e impermeable que probablemente duraría más tiempo en las duras condiciones de una calle de la ciudad.

Esta investigación ofrece un camino prometedor hacia la construcción sostenible, particularmente en regiones donde el agua dulce es escasa pero los recursos vegetales son abundantes. Al demostrar que las aguas grises tratadas con plantas locales específicas pueden producir adoquines que son más fuertes y duraderos que aquellos hechos con agua limpia, el estudio desafía la suposición de que las fuentes de agua alternativas son inherentemente inferiores. Sugiere que, con el tratamiento adecuado, podemos cerrar el ciclo del uso del agua en la construcción, convirtiendo un producto de desecho en un material de construcción que cumple o supera los estándares de seguridad. Los autores concluyen que, si bien se necesita más trabajo para probar la durabilidad a largo plazo de estos adoquines bajo condiciones climáticas del mundo real, el potencial para ahorrar agua dulce y reducir la huella ambiental de la construcción es significativo. El estudio apunta hacia un futuro donde las calles por las que caminamos podrían estar construidas con agua que alguna vez fue considerada desecho, limpiada por las mismas plantas que crecen junto a nuestras ciudades.