Fotocatálisis heterogénea para el tratamiento de agua contaminada

Resumen

La contaminación ambiental ha pasado a ocupar un
lugar importante en cuanto a las problemáticas
contemporáneas. Esta se da a causa de la
globalización inminente y al mayor desarrollo
tecnológico de las últimas décadas,
acarreando consecuencias no solo en la salud humana, sino
también en la salud ambiental.

Fue con el objetivo de resolver estas cuestiones que se
propusieron métodos para el saneamiento,
específicamente de agua, tratando el control de
microorganismos patógenos y compuestos
químicos.

El mecanismo seleccionado fue la fotocatálisis
heterogénea con TiO2 y ZnO como catalizadores, probados en
dos fotocatalizadores diferentes: Concentrador Cilindro
Parabólico (CCP) y Reactor Plano Estático (RPE). La
razón de la elección fueron las múltiples
ventajas comparativas con respecto a otros procedimientos, por
ejemplo: bajos costos, no presenta subproductos, fácil
adaptación, entre otras.

Se llevó a cabo la construcción de ambos
fotorreactores para comprobar su efectividad en conjunto con la
actividad de los catalizadores.

Se arribó finalmente a la conclusión de
que para el control bacteriológico el CCP funciona mejor
con ambos catalizadores dejando el agua apta para consumo humano.
Mientras que para el control químico, fue el RPE, actuando
con ambos catalizadores, quien permitió obtener agua apta
para uso recreativo pero no para consumo humano.

Introducción

En este último siglo, las poblaciones del mundo
han sido espectadores de grandes desarrollos a nivel
tecnológico, los cuales han provocado modificaciones en
ecosistemas y en la naturaleza en general.

Estas modificaciones pueden traducirse como la tan
conocida contaminación ambiental. Generalmente se dan en
suelos, aire y cuerpos de agua que son utilizados por la
mayoría de las personas para regar cultivos y como consumo
propio o de animales. Debido a sus efectos en la salud, es
inminente la necesidad de encontrar una solución para la
contaminación.

Mas allá de las características nocivas y
desagradables que aportan algunos contaminantes hídricos,
también se manifiestan muchos problemas de salud
(enfermedades infecciosas, cancerígenas, etc.) y
económicos.

El agua es un recurso, si bien potencialmente renovable,
esencial para la vida. A medida que pasa el tiempo hay cada vez
más escasez de esta, sumado a que las sociedades han
incrementado su demanda por aguas más seguras.

Si bien existen variados métodos para eliminar la
contaminación; generalmente son poco accesibles, bastante
costosos y requieren mucha complejidad en su
utilización.

Todo proceso para limpiar ya sea agua o suelo, tiene por
objetivo destruir o modificar el agente contaminante para
disminuir o anular su nivel de peligro. Como alternativa de los
tratamientos convencionales para el saneamiento de aguas
contaminadas, surge la fotocatálisis. Lo más
destacable es que implica una solución sencilla y barata
para el tratamiento de aguas a nivel doméstico con el uso
de sustancias catalizadoras que absorben la energía solar
para inactivar microorganismos presentes. Al mismo tiempo, y
debido a la presencia de un catalizador, trata los contaminantes
no biodegradables. Como presenta una selectividad escasa o nula,
puede usarse en mezclas complejas de compuestos
orgánicos.(4)

Es un proceso muy eficiente cuando los contaminantes
están en concentraciones bajas o medias. La
aplicación práctica de este método, necesita
del diseño y construcción de un foto-reactor, que
reúna las condiciones que permitan optimizar los
resultados.

Actualmente, existen diferentes sistemas
fotocatalíticos solares, que se utilizan a gran escala.
Estos se clasifican según el modo de absorción de
luz solar y la disposición del catalizador en:

Actualmente es conocido por todos que la
contaminación de suelos y cuerpos de agua es provocada por
diversas actividades antrópicas, algunas de estas son:
minería, explotación de petróleo,
actividades agrícolas, actividades industriales,
instalaciones de servicios, uso de aguas residuales en
irrigación de campos agrícolas, basureros a cielo
abierto, etc.

Cuando hablamos de contaminación del agua, nos
referimos a la acción o al efecto de introducir
algún material o inducir condiciones sobre el agua que, de
modo directo o indirecto, impliquen una alteración
perjudicial de su calidad en relación a sus usos
posteriores o sus servicios ambientales.

Según la Organización Mundial de la Salud,
el agua está contaminada cuando su composición se
haya alterado de modo que no reúna las condiciones
necesarias para en el consumo humano y de los animales. Las
diversas sustancias contaminantes se pueden agrupar según
su origen:

Físicos: partículas de polvo, cenizas
volcánicas o sal marina.

Químicos: desechos industriales, radioactivos,
combustión de motores e incendios forestales.

Biológicos: microbios, bacterias, granos de polen
y hongos.

Hoy en día, las cantidades de desechos generados
por nuestra sociedad es cada vez mayor, especialmente aguas
residuales cargadas de contaminantes químicos y de
productos de desecho procedentes de la industria, la agricultura,
la actividad doméstica, residuos radiactivos y
contaminantes biológicos. Una de las principales causas de
la contaminación es la descarga en ríos y arroyos
de las aguas servidas o cloacales provenientes de los pueblos y
ciudades. Un pequeño volumen de aguas cloacales que se
descarga en el curso caudaloso puede actuar como fertilizante
incrementando la cantidad total de vida al proveer materiales que
favorecen el desarrollo de organismos productores; pero si la
cantidad es muy grande, la mayoría de los organismos
resultan afectados desfavorablemente. Esto se debe a que los
descomponedores para llevar a cabo su trabajo de
desintegración de la materia orgánica requieren
grandes cantidades de oxígeno. Por consiguiente, el
oxígeno que queda disponible para los demás
organismos es escaso. La escasez de oxígeno puede
favorecer a los protistas anaerobios, pero es desastrosa para
todos los organismos que necesitan oxígeno para
vivir.

La contaminación del agua por excrementos humanos
o animales constituye el mecanismo más común para
la transmisión de microorganismos patógenos. La
presencia de dichos organismos indica la existencia de materia
fecal, o sea la posibilidad de que estén presentes
organismos coliformes. El grupo de los coliformes incluye
bacterias en forma de bacilo, Gram negativos y está
formado por los siguientes géneros:

• Escherichia

• Klebsiella

• Enterobacter

• Citrobacter

Son anaeróbicos facultativos, se multiplican a
mayor rapidez a temperatura entre 30 y 37 º C, crecen a gran
abundancia en medios corrientes, como caldo y agar.

Las bacterias del grupo de los coliformes totales que
son capaces de fermentar lactosa a 44-45 °C se conocen
como coliformes termotolerantes. En la mayoría de las
aguas, el género predominante es Escherichia, pero algunos
tipos de bacterias de los géneros Citrobacter, Klebsiella
y Enterobacter también son termotolerantes.

A su vez, las coliformes totales se encuentran en el
grupo de las heterótrofas mesófilas. Estas son
bacterias aerobias o facultativas que requieren de carbono
orgánico para su crecimiento. Dichos microorganismos no
tienen efectos directos sobre la salud y su determinación
permite estimar la efectividad de los sistemas de tratamiento
desinfectantes. Las características técnicas del
agua de bebida en general permiten HMTs de 100 UFC/ml a 500 UFC/
ml (Unidades formadoras de colonias por mililitro de
agua).

Los medios de cultivos como el agar, poseen los
nutrimentos necesarios para la reproducción de estas
bacterias, facilitando la medición de sus niveles de
reproducción y crecimiento.

Las principales sustancias que se consideran causantes
fundamentales de problemas de contaminación, tanto en agua
como en suelo son, dentro de los metales: Pb, Cd, Cr, Co, Ni, Cu,
Zn, As, Mo, Sn, Ba, y Hg; así también compuestos
inorgánicos, compuestos aromáticos,
poliaromáticos, hidrocarburos clorados y
agroquímicos.

Algunos de los metales pesados, como el mercurio y el
plomo, junto con el cadmio y el arsénico, son
contaminantes graves, pues penetran en las cadenas alimentarias y
a través de ellas, se concentran. Los COPs (Compuestos
Orgánicos Persistentes) se dividen en dos subgrupos: los
hidrocarburos polisacáridos y los halogenados. En este
último grupo, la mayoría contienen uno o más
átomos de halógenos unidos a unos átomos de
carbono. El halógeno puede ser cloro o bromo, pero por lo
común en los COPs predomina el cloro.

El proceso de fotocatálisis con el que se
desarrolló la investigación fue aplicado al
tratamiento de Cloroformo.

• Cloroformo: La mayor parte de la
  producción de cloroformo (CHCl3) se utiliza para
  fabricar monoclorodifluorometano (CFC22) que se aplica como
  frigorígeno. También encuentra
  aplicación en la fabricación de colorantes,
  productos farmacéuticos y pesticidas. El cloroformo se
  forma en grandes cantidades cuando se blanquea la celulosa
  con cloro. También se forman considerables cantidades
  por cloración del agua. Se estima que el promedio de
  asimilación diaria de cloroformo asciende a unos
  10 mg por persona.

En los seres humanos, el cloroformo afecta el sistema
nervioso central, el hígado y los riñones si las
personas inhalan aire o beben líquidos que contienen
grandes cantidades de cloroformo. La inhalación de 900
partes de cloroformo en un millón de partes de aire (900
ppm) durante un breve lapso de tiempo causa fatiga, mareos y
dolor de cabeza. Si la piel entra en contacto con una
concentración grande de cloroformo puede producir llagas.
(1)

Esta es una sustancia comúnmente encontrada en el
agua y que puede ser tratada a través de la
fotocatálisis heterogénea con gran
efectividad.

Propiedades físicas

Estado de agregación: Líquido

Apariencia: Incoloro

Densidad: 1483 kg/m3; 1,483 g/cm3

Masa molar: 119,38 g/mol

Punto de fusión: 209,5 K
(-63,65 °C)

Punto de ebullición: 334,2 K
(61,05 °C)

Propiedades químicas

Solubilidad en agua 0,8 g/100 ml 293,15 K
(20 °C)

El cloroformo es considerada como sustancia peligrosa de
modo que está regulada y se puede conocer su
concentración máxima permisible (valores
límites que nunca puede superar en el amiente) y su DL50
(dosis letal). Esto es importante para tener en cuenta al
trabajar con este tipo de sustancias, tomando las adecuadas
medidas de higiene.

CMP: 50 ppm

DL50 (rata): 1g/ kg- 0,14g/kg (humanos).

El proceso de catálisis consiste en la
alteración de la velocidad de una reacción
química, producida por la presencia de una sustancia
adicional llamada catalizador, que no resulta químicamente
alterada en el transcurso de la reacción.

Cuando se habla de fotocatálisis se hace
referencia a una reacción catalítica que involucra
la absorción de luz por parte de un catalizador. Y aun
más específicamente, se dice que el proceso es de
fotocatálisis heterogénea cuando las fotoreacciones
transcurren en la superficie del catalizador.

Este último proceso permite la degradación
e incluso mineralización de contaminantes orgánicos
recalcitrantes presentes en el agua o en el aire tanto
biológicos como no biodegradables. Esto se logra a
través de la excitación de un sólido
fotocatalizador sumergido en una solución, mediante la
absorción de energía radiante (visible o UV), lo
que origina reacciones simultáneas de oxidación y
reducción en diferentes zonas de la región
interfacial. Se trata básicamente de la transferencia de
carga a través de la interfaz formada entre el
semiconductor iluminado y la solución acuosa.

En el caso de la descontaminación de compuestos
orgánicos como el cloroformo, este sistema permite la
desintegración de la molécula, generando distintas
formas de cloro residual, que se pueden encontrar como cloro
libre o cloro combinado. La efectividad del proceso se puede
medir por la cantidad de CLR durante el tratamiento.

Cloro Residual Libre (CLR): es ácido hipocloroso
e iones hipocloritos obtenidos por disociación del cloro
en agua, y que no reacciona con las especies existentes en el
agua.

Cloro Residual Combinado (CCR): Se trata de subproductos
de la fotólisis, como cloraminas, clorofenoles, otros
trihalometanos. Las cloraminas son resultado de la
reacción del cloro con distintas formas de amoníaco
procedentes de materia orgánica (desechos).

Cloro Total Residual (CTR): Es la suma de la totalidad
de formas de cloro existentes en el sistema (CCR y
CLR).

Por su parte la desinfección solar del agua
permite destruir los microorganismos patógenos que causan
enfermedades, ya que son vulnerables a dos efectos de la luz
solar: la radiación ultravioleta en el espectro de luz
UV-A (longitud de onda de 315 – 400 nm) y el calor (aumento
de la temperatura del agua). Se produce una sinergia entre estos
dos ya que el efecto combinado de ambos es mucho mayor que la
suma de cada uno de ellos independientemente.

La radiación UV-A reacciona con el oxígeno
disuelto en el agua y produce formas altamente reactivas
(radicales libres de oxígeno y peróxidos de
hidrógeno). La acción sinérgica entre la
radiación UV cercana y H2O2 en bacterias es letal; el cual
afecta a nivel de la membrana ocasionando graves daños
irreversibles y provocando desorden en la permeabilidad celular,
descomposición de la pared y efecto microbicida sobre
microorganismos patógenos. La formación de
radicales específicamente OH (hidróxidos) elimina
los nutrientes y su sistema reproductor, eliminando así su
tasa de crecimiento y generando inactivación entre las
bacterias

A pesar de tener mayor efectividad que otros tipos de
procesos al descontaminar agua o aire, hay ciertas situaciones en
las que la fotocatálisis heterogénea tiene el
máximo de posibilidades de aprovechamiento:

• Cuando hay concentración máxima
  orgánica: son más eficientes cuando la
  concentración de los contaminantes es baja o media, si
  bien el límite varía dependiendo del
  contaminante. Normalmente no es una opción conveniente
  si las concentraciones superan el valor de 1g/L.

• Cuando los contaminantes no son biodegradables: ya
  que es el único método capaz de tratar este
  tipo de contaminantes, los tratamientos biológicos no
  funcionan en este caso.

• Contaminantes peligrosos en mezcla de
  orgánicos complejos: esto se debe a que al trabajar
  con mezclas complejas se aprovecha su característica
  de nula o escasa selectividad.

• Contaminantes cuyo tratamiento convencional es
  difícil: es una alternativa eficiente en casos donde
  los métodos convencionales son muy costosos o
  complejos.

Para elegir este método se tuvieron en cuenta sus
ventajas comparativas con respecto a otros
procedimientos:

• La facilidad para el tratamiento en mezcla de
  compuestos

• Tiempos cortos para la remoción

• La obtención de efluentes de optima
  calidad

• Sus bajos costos de operación

• La fácil adaptación a diferentes
  condiciones

• No se forman subproductos de
  reacción

• Consume menos energía que otros
  métodos

Todo este proceso químico de
descontaminación, debe ser llevado a cabo en un
foto-reactor, que permita el óptimo desarrollo de la
fotocatálisis. Entre los que existen y está
comprobada su efectividad, se pueden describir:

Reactores solares de media
concentración:

• Captadores cilíndrico-Parabólicos
  (CCPs): Soportan una superficie altamente reflectante y
  concentradora de la luz UV con forma de parábola.
  Tiene uno o dos motores controlados de seguimiento solar en
  uno o dos ejes respectivamente. Se encargan de que el plano
  de apertura del captador sea siempre perpendicular a los
  rayos solares.

Fig. 1: Esquema de CCP con seguimiento en un eje
(izquierda) y foto de CCP con seguimiento en dos ejes (derecha)
modificado para procesos de fotocatálisis solar. El
foto-reactor está situado en el foco de la parábola
formada por la superficie reflectora. (4)

• Captadores Holográficos: El haz
  objeto es el que está situado en la región
  focal (línea focal del concentrador) y el haz de
  referencia es la imagen virtual del sol como fuente Una vez
  creado el elemento óptico holográfico, la luz
  solar incidente sobre este elemento reproducirá la
  región focal que sirvió para crear el
  holograma, ya sea por transmisión o reflexión,
  dependiendo si el haz de referencia utilizado para la
  creación del holograma incide sobre el material
  difractivo desde la misma dirección o en la
  dirección opuesta a la del haz objeto

Fig. 2: Concentración holográfica de
la luz solar. Existen dos posibilidades de concentración,
según esta tenga lugar en la misma dirección que la
fuente de luz (A) o en la opuesta (B). (4)

Reactores solares no concentradores: son sistemas
estáticos sin mecanismos de seguimiento solar

• Reactores planos
  estáticos:

• Reactor de flujo de película: basado
  en una placa inclinada sobre la que cae lentamente el agua.
  El catalizador está fijo sobre la superficie inclinada
  y el fluido está generalmente al aire
  libre.

• Placa cerrada: Dos placas entre las cuales
  circula el flujo utilizando una pared de
  separación

• Tubular: serie de tubos de tamaño
  variable conectados en paralelo para hacer circular el flujo
  más rápido que en la superficie
  plana.

• Estanque solar: Sistema que consiste en una
  especie de piscina con poca profundidad donde el agua puede
  tener agitación o no.

Fig. 3: Izquierda: captador solar estático de
placa inclinada (cerrada) con catalizador (4)

(TiO2) soportado para aplicaciones
fotocatalíticas (Plataforma Solar de Almería).
Derecha: prototipo de captador tubular (National Renewable Energy
Laboratory, USA).

• Concentradores Cilindro-parabólico
  compuestos: es una combinación entre
  concentradores parabólicos y sistemas planos
  estáticos y constituyen una buena opción para
  aplicaciones de fotocatálisis solar.

Fig. 4: Reflexión sobre un reactor CPC: toda
la luz solar que llega a la apertura del captador será
reflejada alrededor del reactor si el ángulo de incidencia
es menor que el ángulo de aceptancia del
CPC.(4)

Los principios de la física que rigen sobre este
tipo de reactor son las leyes ópticas. Una superficie
cóncava (espejo o placa de aluminio) reflejará la
luz desde su superficie interna generando un foco (F). Esto se
produce por un haz de un rayo luminosos inciden paralelamente a
su eje.

Fig. 6: Ventajas y desventajas de los reactores
concentradores y no concentradores.

Según lo estudiado y comprobado de estos tipos de
foto-reactores, aquél más óptimo
sería el que combine las ventajas de ambos tipos de
sistemas. Este es el concentrador cilíndrico
parabólico compuesto, cuyas ventajas son:

• Pueden aprovechar tanto la radiación solar
  directa como la difusa con alta eficiencia, sin necesidad de
  seguimiento solar

• Tienen bajo costo.

• No hay vaporización de posibles compuestos
  volátiles.

• No hay calentamiento del agua.

• El flujo es turbulento, dentro de un reactor
  tubular.

Los catalizadores utilizados en este proceso, son
sustancias químicas, simples o compuestas, que modifican
la velocidad de una reacción química, interviniendo
en ella pero sin llegar a formar parte de los productos
resultantes de la misma. Los utilizados en este tratamiento
fotoquímico son semiconductores, que se caracterizan por
tener una banda de valencia completa de electrones y una banda de
conducción con estados energéticos vacíos. A
partir de la radiación ultravioleta, que posee suficiente
energía, se provocan pares electrón-hueco. Los
huecos se forman por el paso de un electrón de la banda de
valencia a la banda de conducción, y es esta
característica la que facilita las reacciones de
oxidación-reducción que son propias de la
fotocatálisis heterogénea. Estos catalizadores
(capaces de absorber energía radiante) junto con agentes
oxidantes, generan las especies altamente reactivas que llevan a
la destrucción de contaminantes.(12)

Se caracterizan además porque no se modifican
durante la reacción y los fotosensibilizadores de
interés ambiental son los que absorben la energía
de la luz por encima de 290 nm (nanómetros), cantidad
menor a la radiación solar que llega a la superficie
terrestre.

Los catalizadores son compuestos inorgánicos u
orgánicos (ácidos húmicos). Dentro de los
primeros mencionados el TiO2 (Dióxido de Titanio) y ZnO
(Óxido de Zinc)) son los más económicamente
accesibles, fácilmente detectables en la naturaleza y
pueden excitarse con luz de no muy alta energía,
absorbiendo parte de la radiación solar que incide sobre
la superficie terrestre.

TiO2: El Dióxido de Titanio es conocido en
tres formas de cristal: rutilo, anatasa y broquita; todos
existentes en la naturaleza. La forma más común es
el cristal rutilo. Esta sustancia es de forma octaedral. Es
usualmente coloreado, y en ocasiones presenta el color negro
debido a la presencia de impurezas de hierro. Puede ser activado
con radiación menor de 387.5 nm. Es insoluble y su
actividad catalizadora se realiza en suspensión, en fase
heterogénea. Se usa comercialmente como un pigmento
blanco. Absorbe ondas entre 390 y 415 nm (dentro del espectro
visible para el ojo humano).

ZnO: El óxido de zinc o zinc blanco no
tiene un olor característico y su principal uso a nivel
cotidiano es como astringente ya que cierra los poros de la piel
protegiéndola contra los agentes externos. Absorbe ondas
UVA I (340 – 400 nm), mientras que no absorbe UVA II (320
– 400 nm) y UVB (por ser de onda corta).

A partir de lo investigado se espera que las sustancias
conocidas como catalizadores pueden ser efectivas en el
tratamiento de las aguas contaminadas con el proceso
fotoquímico mencionado, mediante la construcción y
utilización de un sistema fotocatalítico que
reúna las propiedades de los sistemas existentes logrando
la obtención de agua apta para el consumo debido a una
optima mineralización de los contaminantes.

Es el objetivo general de este trabajo es construir un
dispositivo fotocatalítico como unidad portable de uso
domiciliario, con bajo costo y tecnología disponible de
poca complejidad.

Los objetivos específicos de este trabajo
son:

• Probar la eficacia de dos conceptos técnicos
  distintos: un captador cilíndrico parabólico
  concentrador y otro reactor plano estático no
  concentrador.

• Probar la efectividad del TiO2, y ZnO como
  fotocatalizadores para descontaminar aguas con compuestos
  orgánicos clorados y organismos coliformes.

• Sanear aguas con presencia de compuestos clorados y
  organismos coliformes y medir la concentración final
  de éstos luego de la acción del
  fotocatalizador.

Materiales y
Métodos

Se construyeron dos fotorreactores diferentes
previamente optimizados, para probar la eficacia de distintos
catalizadores en el tratamiento de aguas contaminadas.

Se determinó cuál es el fotorreactor que
permitió eliminar mayor cantidad de
contaminante.

A partir de esto se probó la efectividad de todos
los catalizadores en el sistema elegido.

Etapa I: Prueba piloto

Objetivo: Comprobar la viabilidad o factibilidad
del tratamiento fotocatalítico sobre aguas contaminadas
exponiendo al sol tres sistemas fotocatalíticos simples y
extrayendo muestras.

Procedimiento:

• 1. Se filtró el agua de la muestra
  colocando el papel de filtro en el embudo.

• 2. Se colocó 0.5 L de agua filtrada en
  una de las botellas y se cerró con un tapón con
  termómetro.

• 3. Se colocó TiO2 disuelto en una
  pequeña cantidad de agua en una botella y se
  agitó hasta que se impregnó a las paredes. Se
  enjuagó retirando el excedente. Se repitió en
  otra botella con ZnO.

• 4. Se colocó 0.5 L de agua en cada
  botella con catalizador.

• 5. Se extrajeron 5 ml de agua filtrada al
  inicio del tratamiento (T0) con la jeringa y se vertió
  en un tubo de ensayo previamente esterilizado
  (Apéndice II). Se conservó la muestra en la
  heladera.

• 6. Se registró la temperatura inicial
  del agua y se expuso al sol.

• 7. Se extrajo con la jeringa una muestra de
  cada botella vertiéndola en un tubo de ensayo y
  conservándola en la heladera. Se repitió cada
  dos horas. Se obtuvo, como mínimo, dos extracciones de
  cada botella. Se registró la temperatura de cada
  extracción.

• 8. Se efectuó el recuento bacteriano de
  las muestras obtenidas (técnica de recuento en
  placa):

• a. Se secaron en la estufa las cápsulas
  preparadas con el medio Agar Triptosoya (Apéndice IV)
  por 20" sin superar los 40 ºC.

• b. Se efectuaron diluciones de 1/10 y 1/100 de
  las muestras de agua contaminada (Apéndice
  Iii).

• c. Se extrajeron 0,15 ml de muestra diluida con
  la jeringa y se vertió en las Cápsulas de Petri
  previamente secadas.

• d. Se diseminó el líquido en el
  agar con el rastrillo previamente esterilizado de forma
  pareja.

• e. Se colocaron las cápsulas a incubar
  boca abajo en la estufa a una temperatura constante de 35
  ºC aproximadamente, durante un período entre 24 y
  48 hs.

• f. Luego de este período se
  realizó el recuento en placa y se determinaron las
  UFC/ml.

Etapa II: Construcción de los dispositivos
para fotocatálisis.

Fase 1:

Objetivo: Desarrollo de un Captador Cilindro
Parabólico (CCP).

Procedimiento:

• 1. Se armó la parábola
  según indica la figura (Apéndice V).

• 2. Una vez armada la estructura de la
  parábola, se colocó el cartón con el
  contact adherido y se fijó con tachuelas.

• 3. Se colocaron las dos varillas en los
  orificios A y B.

Nota: los cálculos para realizar la
parábola se encuentran en el Apéndice V.

Fase 2:

Objetivo: Desarrollo de un Reactor Plano
Estático (RPE) de flujo laminar y
recirculación.

Procedimiento:

• 1. Se armó pegando las placas
  según indica la figura (Apéndice
  VI).

• 2. Se conectó la manguera a la
  bomba.

• 3. Se colocó la bomba en el recipiente
  colector inferior.

Etapa III: Pruebas comparativas de la eficacia de los
dispositivos fotocatalíticos.

Objetivo: Determinar la eficacia de los sistemas
fotorreactores en el control bacteriológico.

Fase 1: Determinar el procedimiento de
exposición al sol del captador
cilindro-parabólico.

Procedimiento:

• 1. Se colocó agua de la muestra en tres
  botellas: con ZnO, TiO2 y muestra pura, como se
  explicó en la Etapa I.

• 2. Se ató la botella a las varillas en
  forma horizontal, en la línea focal.

• 3. Se ubicó el fotorreactor orientado al
  sol de modo que absorba la mayor radiación.

• 4. Se realizaron las experiencias y se
  obtuvieron las muestras cada 1 y 2 horas aprox.

• 5. Se sembraron las muestras tanto en Agar
  Triptosoya como en Agar Mc. Conkey (Apéndice
  II).

• 6. Se obtuvieron resultados como se
  explicó en la Etapa 1 a través de la
  técnica de recuento en placa. Se controló la
  actividad de las colonias bacterianas.

Fase 2: Determinar el procedimiento de
exposición al sol del reactor plano
estático.

Procedimiento:

• 1. Se diseminó una solución
  saturada de catalizador (ZnO o TiO2) sobre la placa. Se
  retiró el excedente.

• 2.  Se colocaron entre 5 – 6 L de agua de la
  muestra en el recipiente colector inferior y se puso en
  funcionamiento la bomba.

• 3. Una vez que se llenó el recipiente
  colector superior se levantó la compuerta que
  permitió la circulación del agua.

• 4. Se obtuvieron resultados igual que en la
  fase anterior.

Nota: ambos procedimientos se realizan en paralelo para
comparar la eficacia.

Etapa IV: Prueba y elección de
catalizador.

Objetivo: Comprobar la eficacia de los distintos
catalizadores sobre aguas contaminadas con organismos coliformes
utilizando el fotorreactor previamente elegido, el CCP,
según el respectivo procedimiento.

Ensayo 1: Prueba de TiO2 en la muestra.

Ensayo 2: Prueba de ZnO en la muestra.

Etapa V: Pruebas comparativas de la eficacia de los
dispositivos fotocatalíticos.

Objetivo: Determinar la eficacia de los sistemas
fotorreactores en el control químico con agua
destilada.

Fase 1: Determinar el procedimiento de
exposición al sol del captador
cilindro-parabólico.

Procedimiento:

• 1. Se colocó agua destilada en una
  botella. Se contaminó con 0,68ml/L de
  cloroformo.

• 2. Se ató la botella a las varillas en
  forma horizontal, en la línea focal.

• 3. Se ubicó el fotorreactor orientado al
  sol de modo que absorba la mayor radiación.

• 4. Se realizaron las experiencias y se
  obtuvieron las muestras cada 1 y 2 horas aprox.

• 5. Se determinó el Cloro Libre y el
  Cloro Total Residual (Apéndice VIII).

Fase 2: Determinar el procedimiento de
exposición al sol del reactor plano
estático.

Procedimiento:

• 1. Se contaminó agua destilada con
  0,68ml/L de cloroformo. Se colocaron entre 5 – 6 L de agua
  destilada en el recipiente colector inferior y se puso en
  funcionamiento la bomba.

• 2. Una vez que se llenó el recipiente
  colector superior se levantó la rendija que
  permitió la circulación del agua.

• 3. Se determinó el ángulo
  óptimo de inclinación de la placa de modo que
  recibió la mayor radiación solar
  posible.

• 4. Se obtuvieron resultados igual que en la
  fase anterior.

Nota: ambos procedimientos se realizan en paralelo para
comparar la eficacia.

Etapa VI: Prueba y elección de
catalizador.

Objetivo: Comprobar la eficacia de los distintos
catalizadores sobre aguas contaminadas con cloroformo utilizando
el fotorreactor previamente elegido, el RPE, según el
respectivo procedimiento.

Ensayo 1: Prueba de TiO2 en la muestra.

Ensayo 2: Prueba de ZnO en la muestra.

Resultados

Reactores Solares

Fig.8: Captador
Cilindro-Parabólico (CCP)

Control bacteriológico: Prueba
Piloto

TO:22°C

TI:45°C

T2:43°C

Fig.9: Prueba Piloto de control
poblacional porcentual de Heterótrofas Mesófilas
Totales en CCP (Medio Triptosoya)