Fotocatálisis solar, o cómo eliminar contaminantes emergentes en aguas de EDAR, sin efectos medioambientales

En general, la superación de la capacidad de autodepuración natural de las aguas en ríos y océanos que se aprecia en las últimas décadas, se debe a dos causas fundamentales. Por un lado, al exceso de carga contaminante que anula dicha capacidad de autodepuración; y por el otro, a la presencia de contaminantes, derivados de productos industriales, cuya complejidad estructural hace imposible que se biodegraden (la microfauna de un río, lago o de un sistema biológico de una depuradora convencional no es capaz de eliminarlos). En casos como éstos, uno/a se plantea la posibilidad de aplicar fotocatálisis solar como tratamiento alternativo para la eliminación de contaminantes presentes en aguas.

La fotocatálisis es un proceso que se basa en la absorción directa o indirecta de energía radiante (visible o UV) a través de un sensibilizador. En el caso de contaminantes incapaces de absorber directamente la radiación solar (no se fotolizan de manera espontánea), los catalizadores actúan como intermediarios, facilitando su degradación fotoquímica. Se activa la especie capaz de absorber fotones y se acelera el proceso por interacción a través de un estado de excitación. El catalizador puede ser un sólido semiconductor como el dióxido de titanio o un compuesto que permanezca en disolución acuosa como las sales de hierro. Este último, combinado con la adición de un oxidante como el peróxido de hidrógeno se conoce como proceso foto-fenton y es el que se emplea en este proyecto para degradar los contaminantes emergentes que aparecen en las aguas de salida de las EDAR.

No obstante, el proceso foto-fenton aplicado en sus características originales requiere unas condiciones de pH muy ácidas (entorno a un pH de 3), lo que no resulta factible para tratar aguas de salida de EDAR, que se verterían después a un cauce natural o serían reutilizadas, para lo que es necesario permanecer en condiciones de neutralidad. Por ello, y en referencia al pH natural de las aguas, el proceso que se aplica (foto fenton solar modificado) es próximo a la neutralidad.

Grosso modo, el objetivo es hallar un tratamiento simple y de bajo coste para hacer factible su aplicación. Como única fuente de energía se emplea la solar y se reduce al mínimo la cantidad de reactivos a aplicar (sales de hierro y peróxido de hidrógeno), evitando que, en ningún caso, se presenten problemas de toxicidad medioambiental. El sistema necesario para su aplicación se basa en plantas de detoxificación solar (formadas por tubos de vidrio pyrex montados sobre colectores CPC de aluminio), cuyo propósito es el de recoger toda la radiación que llega a su superficie y, de este modo, optimizar la eficiencia del proceso. El agua a tratar circula por la planta expuesta al sol y de ese modo se provoca la oxidación de los contaminantes presentes en ella.

En la imagen, una de las plantas de detoxificación solar, empleadas en el proyecto, para asimilar toda la radiación solar posible.

El mecanismo del proceso aprovecha la energía solar para generar una especie altamente oxidante, el radical hidoxilo (●OH) cuyo potencial de oxidación es superior al de cualquier otro oxidante, incluido el ozono; para ello se parte de peróxido de hidrógeno y sales de hierro como únicos reactivos. El radical hidroxilo interacciona con los contaminantes presentes en el agua (CE) provocando su oxidación y desaparición del ecosistema.

Las principales ventajas del proceso son la sencillez del sistema y su mantenimiento, así como el bajo coste energético que produce (tan solo se necesita mover una pequeña bomba para hacer circular el agua en el interior de la planta). Los resultados iniciales del proyecto, desarrollado en el Campus de Alcoy de la Universidad Politécnica de Valencia, en colaboración con la Plataforma Solar de Almería y la Universidad de Extremadura y financiados por el Ministerio de Ciencia y Tecnología, han sido muy positivos. En las aguas tratadas, las concentraciones de las sustancias emergentes analizadas se sitúan por debajo del límite de detección.

La siguiente tabla muestra algunos de los compuestos detectados en aguas de salida de EDAR, entre los que se aprecian antibióticos, antiinflamatorios, analgésicos, estimulantes, insecticidas, fungicidas, por ejemplo.

La fotocatálisis solar ha demostrado ser un tratamiento terciario eficiente para eliminar contaminantes emergentes que aparecen en aguas de salida de EDAR. El tratamiento ha conseguido reducir todos los contaminantes hasta dejarlos por debajo de los límites de detección. Además, de forma paralela se han alcanzado tasas de desinfección importantes, quedando inactivados el 99% de los coliformes fecales tras una hora de tratamiento solar. El proceso aplicado, una variación del proceso foto-fenton realizado a pH neutro, logra mantener en disolución suficiente cantidad de hierro para permitir la formación de especies reactivas como el radical hidroxilo, imprescindibles para oxidar los contaminantes.