Desarrollo de nuevas estrategias basadas en fotocatálisis solar para la regeneración de aguas de una industria agro-alimentaria
- Autores: Margarita Jiménez Tototzintle
- Directores de la Tesis: M. I. Maldonado (dir. tes.), Isabel Oller (codir. tes.), María Araceli Hernández Ramírez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2015
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Antonio Sánchez Pérez (presid.), María José López Muñoz (secret.), José Peral Pérez (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Las descargas acuosas provenientes de la industria alimenticia suponen un aumento de la contaminación de los recursos hídricos y pueden tener gran impacto en el medio ambiente ya que para la conservación y almacenamiento de la materia prima es necesaria la utilización de compuestos xenobióticos como los plaguicidas. En el año 2013, la Directiva del parlamento y del consejo europeo 2013/39/UE consideró identificar las causas principales de contaminación hídrica para realizar un tratamiento de las emisiones de contaminantes desde la misma fuente, de una forma sostenible y sin causar daños al medio ambiente. De acuerdo con esto, en los últimos años se han desarrollado nuevas tecnologías de oxidación química para la degradación de compuestos no biodegradables o tóxicos presentes en diferentes tipos de aguas residuales, como tratamiento terciario tras sistemas biológicos convencionales. En la actualidad, la combinación de reactores biológicos con procesos avanzados de oxidación foto-asistidos ha mostrado un gran potencial para la eliminación de contaminantes tanto a baja como a alta concentración. Los procesos avanzados de oxidación (PAOs) se basan en la generación de radicales hidroxilo (¿OH), los cuales tienen un poder de oxidación de 2,80 V, ocupando el segundo lugar de las especies altamente oxidantes. El proceso de fotocatálisis heterogénea con TiO2 ha sido propuesto para la eliminación de diversos tipos de contaminantes presentes en agua, sin embargo, la recuperación del catalizador es un proceso complejo, y como consecuencia de esta limitación, actualmente se fomenta la investigación de diferentes técnicas de inmovilización del TiO2, así como diferentes tipos de sustrato. En el presente trabajo de investigación se propone la aplicación de fotocatálisis heterogénea solar con TiO2 inmovilizado en esferas de vidrio como tratamiento terciario de un agua residual industrial procedente de una industria agroalimentaria (Cítricos del Andarax), ubicada en la provincia de Almería (España). En primer lugar, se realizó la caracterización del catalizador inmovilizado en esferas de vidrio utilizando técnicas como la Microscopía Electrónica de Barrido, la Difracción de Rayos X, análisis termogravimétricos e isotermas de adsorción y desorción de N2. Posteriormente se evaluó la actividad fotocatalítica y la estabilidad mecánica del TiO2 inmovilizado en esferas de vidrio a escala planta piloto en un fotorreactor solar tipo CPC. La capacidad de degradación de contaminantes químicos persistentes mediante este tratamiento terciario, fue evaluada en diferentes matrices de agua: agua sintética, efluente simulado de salida de Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) y efluente real de EDAR, también a escala planta piloto utilizando captadores tipo CPC. Los resultados obtenidos mostraron que el TiO2 inmovilizado es fotacatalíticamente activo y mecánicamente estable después de 5 ciclos de reacción utilizando acetaminofén como compuesto modelo en una matriz de agua real de efluente de EDAR. Por otro lado, se observó que la eficiencia fotocatalítica desciende a medida que se incrementa la complejidad de la matriz en la que se lleva a cabo el tratamiento. A continuación se abordó el estudio de la regeneración del efluente problema de la industria agroalimentaria mediante la combinación de un reactor biológico de lecho fijo y un tratamiento terciario basado en fotocatálisis solar con TiO2 inmovilizado sobre esferas de vidrio. De esta forma se pretendía aumentar la calidad del efluente y cumplir con los estándares de calidad autorizados para una posible reutilización en el propio proceso industrial (Según el Real decreto 1607/2007). La identificación inicial de los contaminantes presentes en mayor concentración en el agua residual de esta industria agroalimentaria (imazalil, tiabendazol y acetamiprid) permitió realizar ensayos preliminares añadiendo la mezcla de estos plaguicidas a un efluente real de EDAR con el objetivo de evaluar su degradación mediante fotocatálisis solar con TiO2 inmovilizado en un sistema de captadores tipo CPC. Por otro lado, se estudiaron las especies reactivas (¿OH, O2¿-, h+, etc.), que participan en la degradación de la mezcla de plaguicidas seleccionados mediante fotocatálisis solar heterogénea. Además se evaluó la mejora de la eficiencia en la eliminación de dichos contaminantes al adicionar un aceptor de electrones (500 mg L-1 de H2O2) al tratamiento fotocatalítico solar mediante TiO2 inmovilizado, obteniendo un incremento en el porcentaje de degradación del 100% en imazalil, 87% en tiabendazol y 40% en acetamiprid, utilizando como matriz un efluente real de EDAR . Otro de los objetivos principales de esta tesis doctoral se centra en el estudio y evaluación de la eficiencia de tratamiento de un sistema biológico basado en un reactor de lecho fijo como alternativa a los sistemas secundarios que convencionalmente se emplean en las EDAR. En este sentido se obtuvo una capacidad máxima de eliminación de carga orgánica de 0,60 mg de COD h-1 L-1 soportes, en el reactor de lecho fijo alimentando en continuo el agua residual procedente de Cítricos del Andarax. Además, se llevó a cabo el seguimiento de los procesos de nitrificación y desnitrificación mediante la monitorización de la concentración de nitrógeno total, amonio, nitrato y nitrito. La capacidad máxima de nitrificación de este sistema biológico en modo de operación continuo fue de 0,013 mg de N-NH4+ h-1 L-1. La caracterización del efluente del reactor de lecho fijo mostró una concentración residual de aquellos plaguicidas adicionados al inicio del tratamiento biológico, cuya eliminación fue abordada mediante un sistema terciario de fotocatálisis solar con TiO2 inmovilizado sobre esferas de vidrio a escala planta piloto en un fotorreactor tipo CPC. El sistema combinado RLF/TiO2 inmovilizado sobre esferas de vidrio favorece la eliminación parcial de pirimicarb (88%), imazalil (88%), propamocarb (83%), pirimetanil (50%), tras una energía acumulada UV de 18 kJ L-1. Finalmente, se completó la evaluación de la eficiencia del tratamiento terciario mediante fotocatálisis solar con TiO2 inmovilizado sobre esferas de vidrio como etapa de desinfección. Este estudio se desarrolló también a escala planta piloto con fotorreactores tipo CPC, utilizando la bacteria Escherichia coli como modelo de contaminación microbiana.
