Pau Marín

Fotooxidación o cómo la luz visible ayuda a limpiar el agua contaminada

Energía Solar, Ultravioleta

Los tratamientos con luz se perfilan como una excelente alternativa para los tratamientos de aguas residuales por sus diversos beneficios y bajos costos

Se estima que anualmente se arrojan al océano más de ocho millones de toneladas métricas de desechos plásticos , lo cual por sí mismo pinta mal y se complica aún más si se considera la situación particular de los microplásticos y sus efectos nocivos, ya sea para el ecosistema o la propia salud humana. Hablamos de todas aquellas partículas con un tamaño inferior a 5 mm que deambulan por los océanos de manera discreta y peligrosa; su origen principal son los desechos de procesos industriales, productos cosméticos, textiles, medicamentos o la descomposición de piezas de mayor volumen.

Imagen: www.iagua.es

Se considera que para el 2050 los océanos tendrán más plástico que peces si no se modifican las malas prácticas en el manejo de desechos. Hasta ahora, existen diversos métodos para procesar desechos plásticos, ya sea con sistemas térmicos, mecánicos, químicos o de ozonización. Sin embargo, la fotooxidación en plantas de tratamiento y dos de sus variantes se presentan como una opción más económica, viable y eficiente.

Como lo dice propiamente su nombre, la fotooxidación es un proceso que a través de la interacción con la luz visible se pretende la formación de radicales hidroxilo (OHº) que dan pie a un fase de oxidación en los componentes inorgánicos hasta simplificarlos a CO2 o iones (cloruros, nitratos) y a la mineralización de los agentes contaminantes orgánicos.

       

Esta coreografía de reacciones químicas es más compleja de llevarse a la acción, ya que las aguas contaminadas poseen mayor cantidad de variaciones tanto en su contenido como en sus niveles de concentración. Por esta razón se ha buscado comprender el potencial y las ventajas que ofrecen los sistemas de tratamiento fotooxidativo (también conocidos como POA o Procesos de Oxidación Avanzada) frente a las técnicas comunes.

Como sabemos, la materia interactúa con la luz en un amplio rango de longitudes de onda por lo que las radiaciones cerca al espectro ultravioleta (240-700nm) son capaces de apoyar en la descomposición de los componentes más básicos de un desecho plástico. De esta forma, la luz solar participa como un agente directo, abundante y “económico” para hacerle frente al problema del desecho negligente en los océanos u otros espacios acuosos.

Si bien los tratamientos convencionales antes mencionados son capaces de disminuir la carga de DQO* (Demanda Química de Oxígeno) y DBO* (Demanda Biolófica de Oxígeno) de las muestras contaminadas,  no pueden hacerlo frente al color o toxicidad.

[box] DQO: Cantidad de oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica por medios químicos y convertirla en dióxido de carbono y agua. Cuanto mayor es la DQO, mas contaminante es la muestra

DBO: Cantidad de microorganismos, especialmente bacterias, hongos y plancton que consumen durante la degradación de las sustancias orgánicas contenidas en una muestra. Cuanto mayor sea la contaminación mayor será la DBO [/box]

Por otro lado, las tecnologías de fotooxidación en dos de sus formatos si poseen dicha facultad.

       

Fotólisis
El proceso fotolítico para degradar contaminantes en medios líquidos se basa en proporcionar radiación UV, la cual es absorbida por las moléculas de los desechos contaminantes con el objetivo de alcanzar diversos niveles de oxidación.

La eficiencia del proceso depende de la capacidad de absorción de la radiación, así como de la presencia de otros compuestos que absorben la misma longitud de onda. Normalmente se utilizan lámparas de mercurio de baja presión empleadas en la desinfección y en la depuración de las aguas. Sin embargo, es necesario llevarlas a longitudes de onda más bajas (170-200nm), puesto que su energía es mayor y son más eficientes en la ruptura de los enlaces de los compuestos orgánicos.

Fotocatálisis
Este proceso consiste en la destrucción de contaminantes en un medio líquido mediante la interacción de la radiación solar ultravioleta y catalizadores específicos, como el dióxido de titanio, zinc o cobre, con el objetivo de formar radicales hidroxilo, mismos que promueven la oxidación sobre los componentes químicos nocivos. En otras palabras, se generan radicales libres que interactúan con el oxigeno a nivel molecular para iniciar un proceso de oxidación o, incluso, las suficientes reacciones para generar la mineralización completa de los contaminantes y la oxidación de los compuestos inorgánicos para simplificarlos en dióxido de carbono.

Con este mismo formato y de manera artificial se han empleado luminarias de mercurio, xenón o simuladores solares, los cuales proporcionan luz en un rango de longitudes de onda por debajo de los 400 nm, esencial para la activación de los catalizadores de titanio o zinc. La intensidad empleada va de los 2 a 135 mW cm2 con una potencia de unas pocas decenas a cientos de watts. Uno de los beneficios de utilizar este tipo de sistemas es que permiten la personalización del tipo e intensidad de luz que se obtiene, ya sea por actinometría (a través de instrumentos para medir el poder calorífico de la radiación electromagnética) o mediante radiómetros.

Imagen: www.alfaauv.com

Ambas tecnologías ofrecen gran cantidad de ventajas que las hacen una opción viable para el tratamiento de aguas residuales, principalmente porque son los únicos métodos que destruyen en su totalidad las sustancias tóxicas contenidas en el agua contaminada hasta convertirlas en compuestos inofensivos. De igual forma aprovecha directamente la energía solar para todo su procesamiento en espacios como vertederos tanto urbanos, industriales o agrícolas y no se necesita un proceso complementario, por lo que se puede considerar un sistema de tratamiento por demás económico.

Y en México…

Desde hace varios años, especialistas de la ESIQIE (Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractiva) del Instituto Politécnico Nacional han trabajado con esta alternativa. En particular, el equipo científico encabezado por la doctora Julia Liliana Rodriguez Santillán trabaja con los efectos del óxido de zinc y óxido de cobre para generar nuevos materiales capaces de reaccionar tanto a la luz solar como a sistemas de la iluminación LED.  Su objetivo va más allá de utilizarse únicamente como otra opción para degradar contaminantes tóxicos presentes en el agua, pues se espera disminuir el costo del proceso tradicional que hasta ahora era más elevado debido al uso del dióxido de titanio a través del desarrollo de un método de síntesis para obtener nuevos materiales híbridos fotoactivos.

FUENTES

1 comentario en «Fotooxidación o cómo la luz visible ayuda a limpiar el agua contaminada»

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