La configuración actual de la planta piloto para fotoquímica basada en captadores tipo CCP (Colectores cilindro-parabólicos) está compuesta por 1 colector solar (32 m2) del tipo cilindro-parabólico con seguimiento solar en dos ejes. El factor de concentración que se alcanza en ellos es de 10.5 soles. El tubo absorbedor es de vidrio borosilicatado de 56 mm de diámetro y 2 mm de espesor.

En la PSA hay instaladas varias plantas empleando CPCs (captadores cilindroparabólico compuestos). La más antigua (1994) consta de tres módulos cada uno con una superficie de 3 m2 con una inclinación sobre la horizontal de 37º. El volumen total del sistema es de aproximadamente 250 L y el del tubo absorbedor es de 108 L (volumen iluminado). En 2002 se instaló un nuevo captador de 15 m2 que permite realizar experimentos con hasta 300 L. Además, se dispone de 2 pequeños prototipos gemelos (instalados en 1998) para realizar experiencias en paralelo: 3.08 m2 y 40 L, de los cuales 22 L es el volumen total irradiado. Esta instalación se ha renovado recientemente (mayo 2007) cambiando los CPCs por unos nuevos con la posibilidad de poder ser cubiertos con Plexiglass trasparente a UV-Solar que puede permitir trabajar a mayor temperatura, importante para el proceso de foto-Fenton. Esta cubierta es desmontable y esto permite conocer el efecto de la temperatura en experimentos similares con y sin cubierta. Estos nuevos CPCs también tiene la característica de poder ser montados y desmontados con más sencillez que los antiguos y de disponer de más superficie por módulo, de forma que 2 módulos suman 3.08 m2, cuando antes hacían falta 3 módulos. Desde 2004 se cuenta con otro CPC (con diámetro de foto-reactor de 50 mm, más adecuado para aplicaciones de foto-Fenton) con su correspondiente tanque y bomba de recirculación (75 L), y además acoplado con él se ha instalado un reactor biológico (descrito más adelante) y un sistema de ozonización (50 L, con un sistema de producción de ozono de hasta 15 g O3/h). Todo ello monitorizado (pH, T, ORP, O2, caudal, H2O2, O3) y controlado (pH, T, caudal) por un ordenador. Acoplado a estos foto-reactores se encuentra el sistema biológico de tratamiento de aguas del grupo de detoxificación y desinfección de la PSA (2.7). Este sistema biológico consta de tres tanques: un tanque cónico de 165 L de volumen total en el que se acondiciona el agua residual a tratar, un tanque de recirculación también cónico de 100 L de volumen total y un reactor de lecho fijo con fondo plano de 170 L de volumen total. El reactor de lecho fijo está relleno de soportes de polipropileno marca Pall®Ring, que ocupan un volumen entre 90-95 L y que son colonizados por fangos activos procedentes de la EDAR. El proceso está totalmente automatizado, dispone de sondas de pH, de potencial REDOX, de oxígeno disuelto, y de temperatura. Además se lleva a cabo el control automático del pH mediante bombas dosificadoras y del oxígeno disuelto.

Por otro lado, se dispone también de varios prototipos de captadores CPC para aplicaciones de desinfección de aguas. Uno de los sistemas consiste en dos tubos cilíndricos de vidrio de borosilicato (de 50 mm de diámetro externo) instalados sobre el foco de los reflectores, montados en una plataforma fija inclinada 37º (latitud local) y conectados en serie. La superficie iluminada del captador es de 0.42 m2. El volumen total del sistema es de 14 L y el volumen iluminado 4.7 L. En noviembre de 2008 se llevó a cabo la instalación de otro fotoreactor para desinfección solar (2.7) que consta de dos componentes, un reactor CPC solar y una planta piloto de post-tratamiento dispuesto en una plataforma de aluminio anodizado inclinada 37º. El reactor solar consiste en dos módulos de espejos CPC, cada uno con diez tubos de vidrio de borosilicato (1500 mm de longitud, 2.5 mm de grosor y 50 mm de diámetro interno). En este sistema el volumen irradiado es de 45 L frente a un volumen total de 60 L. La superficie del colector irradiada es 4.5 m2. El agua circula a través de los tubos a un tanque de 60 L de capacidad gracias a una bomba centrífuga. El reactor se completa con una sonda de pH y otra de oxígeno disuelto, insertadas en la tubería y conectadas a un controlador MULTI44 de Crison con dos salidas de relés para cada variable y transmisión de las señales de entrada en 4-20 mA, que permite la adquisición automática de ambos parámetros. La planta piloto de post-tratamiento de agua consiste en un tanque de 100 L de capacidad para separar el TiO2 del agua tratada. La principal dificultad del uso de suspensiones de TiO2 es la necesidad de separar las partículas de catalizador después del tratamiento. También se dispone de cuatro sensores de medición de radiación ultravioleta solar, una de directa con unidad de seguimiento solar y tres de global, una en posición horizontal y dos inclinadas a 37º (el mismo ángulo que los reactores CPC) con respecto a la superficie terrestre. Todos los datos son enviados a un ordenador que los almacena para la posterior evaluación de los resultados.

El laboratorio de Química Solar de la PSA es un edificio de unos 75 m2 diseñado para contener todos los dispositivos relacionados con un laboratorio de química convencional: mesas de trabajo, campana extractora de gases, almacén de productos químicos en pequeñas cantidades, central distribuidora de gases técnicos, sistema de tensión segura, sistemas de seguridad (extintores, ducha, lavaojos etc.), bancada para balanzas de precisión, sistema de ultrapurificación de agua, baño de ultrasonidos, baño termoestático, centrífuga, sistema de destilación a vacío, así como muchos otros sistemas de uso normal en un laboratorio de química. Además, se dispone de los siguientes equipos analíticos, todos ellos relacionados con la Química Ambiental: dos cromatógrafos de líquidos (Bomba cuaternaria con detector de diodos e inyector automático, HPLC-DAD y UPLC-DAD), cromatógrafo de gases con detector de espectrometría de masas con sistema de Purga y Trampa (análisis de volátiles disueltos en agua), dos cromatógrafos iónicos: uno configurado para analizar aniones utilizando métodos isocráticos y otro configurado para analizar aniones y cationes mediante métodos de gradiente, dos analizadores de carbono orgánico total con sus correspondientes muestreadotes (análisis de carbono total mediante combustión catalítica a 670ºC), un espectrofotómetro UV-Visible, un simulador solar con lámpara de xenon, un respirómetro (para llevar a cabo análisis de biodegradabilidad, fraccionamientos de la DQO, ensayos de nitrificación y desnitrificación, etc.),y análisis de DQO, DBO y toxicidad (ensayo con Vibrio fischeri y con fangos activos de EDAR mediante respirometría). Todos estos sistemas están informatizados mediante una completa red de ordenadores. En cuanto al análisis de muestras microbiológicas y de catalizadores procedentes de ensayos de desinfección y detoxificación solar, desde 2006 se dispone de un Microscopio Electrónico de Barrido (SEM, scanning electron microscopy). Para la preparación de dichas muestras, el sistema se completa con un equipo de recubrimiento metálico y otro de secado en punto crítico. También se cuenta con un laboratorio de microbiología con nivel de Bioseguridad 2, que cuenta con 3 puestos de trabajo, definidos cada uno de ellos por las correspondientes cabinas de seguridad microbiológica, autoclave, 2 incubadores, 2 microscopios ópticos de contraste de fases con módulo de fluorescencia acoplados a una cámara de microfotografía, espectrofotómetro, turbidímetro, microcentrífuga y multisensor de pH, oxígeno disuelto y conductividad.

Los laboratorios del Grupo de Aplicaciones Ambientales de la Radiación Solar en Aire están equipados tanto para la síntesis de fotocatalizadores (sistema de deposición de láminas delgadas por dip-coating, bombas de digestión para síntesis hidrotermal, estufas, mufla, centrífugas, destilador de agua,…), como para la evaluación y optimización de sistemas fotocatalíticos para la detoxificación y desinfección de aire.

Banco de ensayos de actividad fotocatalítica con análisis de gases por FT-IR

Cuentan con múltiples reactores de laboratorio de diferentes tamaños y diseños que emplean como fuente de radiación bien el sol, bien fuentes de radiación artificial de distinta clase, o bien ambos tipos de radiación de manera alterna o simultánea. Los reactores solares están situados en la terraza del edificio inmediatamente encima del laboratorio, lo que permite su interconexión con el equipamiento analítico y su control en modo continuo y automatizado.

ATD-GC-MS para análisis de aire interior

Para el análisis químico de corrientes gaseosas y/o del aire interior de edificios cuenta con un microcromatógrafo de gases con detector de conductividad térmica (microGC), dos cromatógrafos con detectores FID y TCD, un equipo de desorción térmica automática acoplado a un cromatógrafo de gases asociado a un detector espectrofotométrico de masas (ATD-GC-MS) y un espectrómetro FT-IR dotado de una celda de gases de reflexión múltiple. Además, como accesorios del espectrómetro FT-IR se dispone de una celda de ATR y de un accesorio DRIFTS al que se acopla una celda de reacción de tres ventanas que permite el análisis operando de lo que ocurre en la superficie del fotocatalizador en reacción.

Fotorreactor híbrido solar/lámparas con captador parabólico compuesto (CPC)

Para la caracterización biológica del aire se dispone de un laboratorio individual equipado con una campana de seguridad biológica de flujo laminar vertical para trabajar con microorganismos y preparar medios de cultivo de forma estéril; un autoclave para esterilización de medios y material de laboratorio; un contador de colonias con cámara fotográfica acoplado a ordenador; lupa de 63 aumentos con iluminación por fibra óptica y cámara fotográfica; una centrífuga con sistema de refrigeración; dos estufas para incubación y dos neveras con congelador para conservación de muestras. Para el muestreo y el seguimiento de la capacidad de desinfección fotocatalítica del aire se dispone de impactadores de aire tanto de cabezal sencillo como de doble cabezal.

Impactador de aire para muestreo biológico acoplado a reactor de desinfección fotocatalítica