Aplicación de procesos de oxidación avanzada en depuración del agua

Abstract

[Resumen] Los procesos de oxidación avanzada (POAs) activados por luz representan una alternativa real y efectiva para la eliminación de compuestos orgánicos y desinfección de aguas contaminadas; por ello, en esta investigación de doctorado se estudian diversos aspectos de los procesos fotoquímicos de degradación de contaminantes e inactivación de microorganismos. Inicialmente, se ha examinado la aplicación y eficiencia de varias técnicas de fotooxidación para la eliminación de dos organismos patógenos presentes en agua de camaroneras. Puesto que muchos productos de transformación de contaminantes resultan más tóxicos que los compuestos originales, también se ha evaluado la toxicidad de dos pesticidas y sus productos de degradación mediante indicadores biológicos. La fotocatálisis heterogénea solar es, probablemente, el método más verde y sostenible para el tratamiento de aguas. Sin embargo, presenta un importante problema: la recuperación del catalizador y su pérdida de eficiencia con el uso; por ello, se ha desarrollado un novedoso fotocatalizador homogéneo que combina semiconductores (óxido de titanio y óxido de zinc) con arcillas, y que permite su sencilla reutilización sin una pérdida significativa de actividad, por lo que se ha solicitado y concedido una patente de invención. Este composite se ha probado bajo radiación solar y artificial para la degradación de distintos contaminantes orgánicos (fenol, naranja de metilo, terbumetón y bromuro de N-hexilpiridinio) y la inactivación de bacterias patógenas (Staphylococcus aureus y Escherichia coli), mostrando una elevada eficacia incluso en matrices acuosas complejas (agua de río, agua residual y agua de mar).

[Resumo] Os procesos de oxidación avanzada (POAs) activados por luz representan unha alternativa real e efectiva para a eliminación de compostos orgánicos e desinfección de augas contaminadas; por iso, nesta investigación de doutoramento estúdanse diversos aspectos dos procesos fotoquímicos de degradación de contaminantes e inactivación de microorganismos. Inicialmente, examinouse a aplicación e eficiencia de varias técnicas de fotoxidación para a eliminación de dous organismos patóxenos presentes en auga de camaroneiras. Posto que moitos produtos de transformación de contaminantes resultan máis tóxicos que os compostos orixinais, tamén se avaliou a toxicidade de dous pesticidas e os seus produtos de degradación mediante indicadores biolóxicos. A fotocatálise heteroxénea solar é, probablemente, o método máis verde e sostible para o tratamento de augas. Con todo, presenta un importante problema: a recuperación do catalizador e a súa perda de eficiencia co uso; por iso, desenvolveuse un novo fotocatalizador homoxéneo que combina semicondutores (óxido de titanio e óxido de zinc) con arxilas, e que permite a súa sinxela reutilización sen unha perda significativa de actividade, polo que se solicitou e concedeu unha patente de invención. Este composite probouse baixo radiación solar e artificial para a degradación de distintos contaminantes orgánicos (fenol, laranxa de metilo, terbumetón e bromuro de Nhexilpiridinio) e a inactivación de bacterias patóxenas (Staphylococcus aureus e Escherichia coli), amosando unha elevada eficacia mesmo en matrices acuosas complexas (auga de río, auga residual e auga de mar).

[Abstract] Light-activated advanced oxidation processes (AOPs) represent a real and effective alternative for the removal of organic compounds and the disinfection of contaminated water; therefore, in this PhD thesis several aspects of the photochemical processes of pollutant degradation and microorganism inactivation are studied. Firstly, the application and efficiency of different photooxidation techniques for the removal of two pathogenic organisms present in shrimp farm water have been investigated. Since many pollutant transformation products are more toxic than the original compounds, the toxicity of two pesticides and their degradation products was also evaluated using biological indicators. Solar heterogeneous photocatalysis is probably the greenest and most sustainable method for water treatment. However, it has a major problem: the recovery of the catalyst and its loss of efficiency with use. For this reason, a new homogeneous photocatalyst has been developed, which combines semiconductors (titanium oxide and zinc oxide) with clays and which can be easily reused without significant loss of activity, for which a patent has been filed and granted. This composite has been tested under solar and artificial radiation for the degradation of several organic pollutants (phenol, methyl orange, terbumeton and Nhexylpyridinium bromide) and the inactivation of pathogenic bacteria (Staphylococcus aureus and Escherichia coli), showing high efficiency even in complex aqueous matrices (river water, wastewater and sea water).