Desactivación de enterococos en agua natural mediante fotocatálisis con dióxido de titanio y radiación solar

Abstract

El aumento de la actividad industrial y consiguiente desarrollo económico y social han producido, al menos hasta hace unos años, un crecimiento de las grandes ciudades que a su vez, acarrea y complica el suministro de uno de los elementos indispensables para la vida: agua. Además, los componentes aportados por el medio natural y el uso por parte del hombre han generado una contaminación de las mismas, sin la posibilidad de una aplicación directa para un uso determinado, sin previa corrección de uno o varios parámetros. En el caso de aguas naturales (superficiales o subterráneas) cuyo destino final es el consumo por parte del hombre, se necesita un proceso más o menos complejo en función de su calidad, denominado potabilización (orden de 11 de mayo de 1988 del ministerio de obras públicas y urbanismo). La contaminación de las aguas de abastecimiento puede tener cuatro orígenes: aguas residuales domésticas, aguas residuales industriales, aguas de escorrentía de zonas agrícolas y vertidos incontrolados. los contaminantes pueden clasificarse a su vez en tres categorías: contaminantes minerales (plomo, plata, arsénico, hierro, manganeso, zinc, cobre etc...), contaminantes orgánicos (fenoles y sus derivados, hidrocarburos, detergentes y pesticidas) y contaminantes biológicos (bacterias, virus y secreciones microfauna y microflora), de manera que el tratamiento de potabilización tiene un doble objetivo: la eliminación de microorganismos patógenos (desinfección) y la eliminación de contaminantes nocivos (oxidación). El principal riesgo asociado a la presencia de contaminantes biológicos en las aguas naturales, es el consumo de aguas contaminadas con heces de humanos o animales infectados con microorganismos patógenos. generalmente son microorganismos que se multiplican en el intestino y que se eliminan del cuerpo a través de las heces (contaminación fecal). Una vez contaminada el agua, las infecciones se transmiten únicamente a través de la ingestión de la misma si no se trata apropiadamente. Ante la imposibilidad de poder medir la gran variedad de patógenos presentes en un agua natural, se establecen una serie de microorganismos, denominados indicadores, cuyos límites se encuentran regulados por la legislación en esta materia (orden de 11 de mayo de 1988 del ministerio de obras públicas y urbanismo y real decreto 140/2003). El desinfectante/oxidante más utilizado es el cloro, pero en 1974 Rook (Rook, 1974) y Bellar (Bellar y col., 1974) descubrieron que como producto de la reacción de este desinfectante con la materia orgánica se forman unos compuestos potencialmente cancerígenos de los cuales, los mayoritarios son los denominados trihalometanos. Como consecuencia del hallazgo de estos subproductos se utilizan otros oxidantes alternativos: ozono (con o sin peróxido de hidrógeno), dióxido de cloro, permanganato potásico, cloraminas, radiación UV o la combinación de varios de ellos. Pero bajo determinadas condiciones también producen subproductos, mediante la reacción con sustancias presentes en el agua o por la propia degradación del desinfectante en el agua. El desinfectante/oxidante más utilizado es el cloro, pero en 1974 Rook (Rook, 1974) y Bellar (Bellar y col., 1974) descubrieron que como producto de la reacción de este desinfectante con la materia orgánica se forman unos compuestos potencialmente cancerígenos de los cuales, los mayoritarios son los denominados trihalometanos. Como consecuencia del hallazgo de estos subproductos se utilizan otros oxidantes alternativos: ozono (con o sin peróxido de hidrógeno), dióxido de cloro, permanganato potásico, cloraminas, radiación UV o la combinación de varios de ellos. Pero bajo determinadas condiciones también producen subproductos, mediante la reacción con sustancias presentes en el agua o por la propia degradación del desinfectante en el agua. Los procesos de oxidación avanzada, cuyo principio oxidante es la generación de especies del oxígeno altamente reactivas (OH¿, O2¿-, H2O2), aparecen en el mercado por la necesidad de eliminar contaminantes refractarios a los oxidantes convencionales. La fotocatálisis, en concreto, se basa en la generación de estos radicales, mediante la radiación de un material semiconductor, generalmente dióxido de titanio (TiO2), reactivo inocuo y que en principio no produce subproductos. en 1985, Matsunaga demostró el poder germicida de esta técnica, de manera que se presenta como proceso viable para satisfacer el doble objetivo oxidación/desinfección. El objetivo general del trabajo expuesto en la presente memoria es la investigación de la aplicación del tratamiento fotocatalítico con TiO2 para la desactivación de una cepa salvaje del género Enterococcus, indicador de contaminación fecal (Real Decreto 140/2003). Ese objetivo general se desglosa en los siguientes: 1. Determinación de las concentraciones habituales de 'enterococos' en el agua de abastecimiento a la ciudad de Zaragoza. 2. Determinación de la desactivación o eliminación de una cepa salvaje de 'enterococos' en agua natural, mediante las operaciones que componen un tratamiento de potabilización convencional. 3. Evaluación del tratamiento fotocatalítico con TiO2 como catalizador y radiación solar como fuente de luz UV y, en concreto, el estudio de la influencia de las siguientes variables en el proceso: - rango de UV en la radiación solar. - composición de la matriz acuosa natural - tiempo de tratamiento - concentración de TiO2 - irradiancia solar - composición cristalina del TiO2 - concentración de H2O2