Aplicación de procesos de fotocatálisis solar en la depuración de aguas residuales

Abstract

La presencia de contaminantes emergentes (EC) en agua es un tema de creciente preocupación debido a que pueden causar problemas de salud pública y de seguridad ambiental. Los tratamientos convencionales de aguas residuales no siempre son eficaces en la eliminación de los EC, y como resultado, se ha promovido el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan degradarlos. En este trabajo se han elegido cuatro CE (atenolol, hidroclorotiazida, ofloxacina y trimetoprima) para determinar la eficacia de procesos de detoxificación solar como tratamiento terciario. Los sistemas de detoxificación solar son procesos de oxidación avanzada (PAO), que aceleran la oxidación no selectiva de compuestos a través de la generación de especies transitorias energéticas, principalmente radical hidroxilo (HO•), empleando la radiación solar. De los procesos de detoxificación solar, en este trabajo se ha estudiado la oxidación y la ozonación solar fotocatalítica con TiO2.

El sistema de oxidación fotocatalítica (TiO2/luz solar) tiene un gran potencial en la eliminación de EC presentes en agua. Sin embargo, este proceso presenta inconvenientes como altos tiempos de residencia para eliminar los EC y bajas velocidades de mineralización. Estos puntos débiles pueden solventarse mediante la combinación de la fotocatálisis con otro sistema como la ozonización. Los sistemas con ozono son eficientes en la eliminación de EC, si bien los resultados muestran que la aplicación de una etapa de preozonización no incrementa la mineralización conseguida con la fotocatálisis solar. Por el contrario, con la ozonización fotocatalítica solar (O3/TiO2/luz solar), se consigue mejorar la eliminación de intermedios, la mineralización y la ecotoxicidad de subproductos generados.

The occurrence of emerging contaminants (ECs) in water resources is an issue of growing concern due to the risk of public health problems and other environmental safety aspects. Conventional water treatments applied in municipal wastewater treatment plants (MWTP) are not always effective for the elimination of ECs. Therefore, the investigation and development of new technologies able to degrade these contaminants is a need. In this work, four ECs (atenolol, hydrochlorothiazide, trimethoprim and ofloxacin) have been chosen as model compounds to study the efficiency of various solar detoxification methods as tertiary treatment of municipal wastewater. Solar detoxification systems are solar-driven advanced oxidation processes (AOPs), which oxidise a wide range of compounds through the formation of energetic transitory species, mainly hydroxyl radical (HO•). In this work two of these processes, using TiO2 as catalyst, have been studied called solar photocatalytic oxidation and solar photocatalytic ozonation.

The results obtained showed that the solar photocatalytic oxidation process (TiO2/solar light) has a great potential for the removal the ECs from aqueous solutions. However, this process has some drawbacks as are the long residence time needed to remove the ECs and the low mineralization (i.e., transformation of organic contaminants up to CO2) achieved. These limitations can be overcome by solar photocatalytic ozonation. Ozone by its own is able to remove completely and in a fast way the selected organic ECs but not to mineralize them. Therefore, some reaction intermediates, which might present toxicity, are accumulated in water after ozonation. Solar photocatalytic ozonation (O3/TiO2/solar light) leads to better results as high level of ECs mineralization is achieved and, as a consequence, the effluent is free of toxic intermediates.