Objetivos del Proyecto
Antecedentes A pesar de su potencial para la descontaminación de aguas, ha habido hasta ahora un uso industrial del proceso de fotocatálisis solar muy restringido. En todo caso, durante los últimos años se han ido instalando diferentes plantas basadas todas ellas en colectores solares sin concentración. Dillert et al. [1999] trataron aguas pre-tratadas mediante métodos biológicos en fabricas de Volkswagen AG Wolfsburg (Germany) y Taubaté (Brazil), tanto a escala de laboratorio como piloto. Los resultados fueron tan prometedores que se instaló una planta de demostración (área de colectores solares de 27.6 m2 y 500 L de volumen total de planta) en la fábrica de Wolfsburg en 2000 [Bahnemann, 2004]. En 1997 Freudenhammer et al. presentaron sus resultados de un estudio a escala piloto en varios países Mediterráneos y demostraron que agua pre-tratada biológicamente puede ser depurada más aún mediante fotocatálisis con una velocidad de degradación de la materia orgánica de hasta 3 g DQO h-1 m-2 [Freudenhammer et al., 1997]. Se concluyó que la fotocatálisis podría ser una tecnología adecuada como etapa final (tratamiento terciario) de aguas pre-tratadas mediante métodos físicos y biológicos, particularmente en zonas de buena insolación. Basándose en estos resultados, una planta piloto financiada por la Comisión Europea se ha construido recientemente en una factoría textil en Túnez (Menzel Temime). La descripción de la planta se ha publicado recientemente [Bousselmi et al., 2004]. Dos reactores con una superficie iluminada de 2x25 m2 se construyeron orientados al Sur y con un ángulo de inclinación de 20º, conectados al sistema de tratamiento biológico de la factoría textil para operar en continuo en experimentos suficientemente prolongados. La planta se puede operar con fotocatalizador suspendido o fijado. En el marco del Proyecto “SOLARDETOX” (financiado por la EC-DGXII a través del Brite Euram III Program, 1997-2000) un consorcio europeo (coordinado por el Grupo de Química solar de la Plataforma Solar de Almería, que también coordina la propuesta FOTOBIOX) se formó para el desarrollo y comercialización de tratamiento fotocatalíticos solares de agua conteniendo contaminantes recalcitrantes. El principal objetivo ha sido el desarrollo hasta escala comercial de sistemas solares sin concentración usando colectores parabólicos compuestos (CPC). La ventaja de los CPCs es su simplicidad, su bajo coste, facilidad de manejo y baja inversión que precisan. En este contexto se construyó y ensayó [Blanco et al., 2000], una planta de demostración a escala industrial (por la empresa ECOSYSTEM S.A.; EPO de FOTOBIOX) en las instalaciones de HIDROCEN (Arganda del Rey, Madrid). Esta planta se diseñó para tratar 1 m3 de agua contaminada con TCE con 100 m2 de colectores solares. Recientemente (2004) una nueva planta de CPCs se ha construido. En este caso para tratar un problema generado por la agricultura intensiva bajo plástico, un sector que está creciendo enormemente en la cuenca Mediterránea. En la comarca de El Ejido (Almería), la agricultura de invernadero abarca 400 km2 y consume aproximadamente 2 millones de envases de plaguicidas por año. Hasta hace poco, los envases usados se tiraban de cualquier forma y en cualquier sitio. La solución ha venido de una recogida selectiva y un reciclado de los mismos. Pero para ser reciclado, el plástico debe lavarse y el agua usada para ello se contamina con plaguicidas y debe tratarse antes de verterse. La empresa ALBAIDA consiguió un proyecto del programa Europeo LIFE-ENVIRONMENT, en Octubre 2001. Esta planta se ha construido para tratar 1.6 m3 de agua contaminada utilizando 150 m2 de colectores solares. En estos momentos la planta está en funcionamiento [Blanco et al., 2004]. Enfoque científico-técnico Uno de los problemas más alarmantes que acucian a los recursos hídricos es la acumulación de sustancias antropogénicas difícilmente biodegradables, debido a la falta de técnicas adecuadas para tratar sustancias que presentan propiedades tóxicas crónicas o agudas. La incapacidad de los métodos tradicionales biológicos hace que sean necesarios nuevos sistemas de tratamiento. El cada vez más riguroso control de la contaminación y la legislación correspondiente ha supuesto una intense búsqueda de soluciones en el campo de las tecnologías de tratamiento de aguas. En la UE, la política del agua está sufriendo últimamente muchas modificaciones. La implantación de la Directiva Marco del Agua (WFD) proporciona una herramienta que obliga a que este recurso sea protegido de manera sostenible. Entre otras medidas, el deterioro de las aguas superficies debe ser impedido y se debe alcanzar una buena situación tanto química como ecológica del agua mediante la reducción de las emisiones de sustancias nocivas antes de 2015 [European Commission, 2002]. En este contexto, se ha demostrado recientemente que la oxidación parcial de estas sustancias nocivas mediante POAs puede aumentar apreciablemente la biodegradabilidad de las aguas que las contienen [Rodríguez et al., 2002; Sarria et al., 2002; Amat et al., 2003a; Contreras et al., 2003; Hörsch et al., 2003; Bressan et al., 2004]. Pero a pesar de eso, los costes de estos tratamientos siguen siendo caros (decenas de €/m3) [Pulgarín et al., 1999; Bressan et al., 2004; Da Hora et al., 2005]. La utilización de POAs como pre-tratamiento a un tratamiento biológico que suele ser mucho más barato se presenta como una opción atractiva. En el mismo sentido, los POAs que puedan llevarse a cabo mediante un una fuente de energía renovable y barata (el Sol) también pueden contribuir a solucionar el problema.
Uno de los mayores retos en tratamiento de aguas urbanas impuestos por la Directiva Europea 91/271/EEC es que sistemas de colectores y tratamiento adecuados (generalmente biológicos) deben estar instalados el 31 de Diciembre de 2005 en todas las poblaciones ente 2000 y 10000 p.e. (personas equivalentes) dónde los efluentes se descarguen en un área sensible, y de hasta 15000 p.e. si el área no es sensible. Poblaciones menores con sistema de alcantarillado ya instaldo, deben alcanzar el mismo objetivo en idéntica fecha. La fecha límite para poblaciones de más de 15000 p.e. se alcanzó a finales de 2000 [European Commission, 2004]. Por lo tanto, en un futuro próximo, la mayoría de las posibles plantas de POAs que se instalen en la UE podría descargar en un tratamiento biológico convencional, que siempre estará a una corta distancia. La implantación futura de los POAs debe abordarse desde esta perspectiva, en vez de intentar mineralizar completamente los contaminantes mediante los radicales •OH, que será siempre más caro. En este sentido, se están empleando cada vez más diferentes técnicas para medir la detoxificación y biodegradabilidad de aguas contaminadas: respirometría, microtox, toxicidad frente a diferentes microorganismos, test de Zahn-Wellwens [Hernando et al., 2005]. Se hace necesario un estudio comparativo de estas diversas técnicas que permita analizar de forma más global los resultados alcanzados. Objetivos Aunque actualmente existe información acerca de la posibilidad de combinar métodos de tratamiento basados en la oxidación química de contaminantes no biodegradables hasta conseguir que lo sean, la mayoría de esta información se circunscribe a la evaluación de parámetros globales como DBO5, DQO y COT y a la utilización de fangos activados de depuradora en pequeños dispositivos de laboratorio. La Información sobre cinéticas de ambos procesos (químico y biológico) integrados y las propiedades tóxicas e inhibitorias de los diferentes compuestos que se generan durante el pre-tratamiento oxidativo es realmente escasa. Más aún, la poca experimentación llevada a cabo en planta piloto ha sido hasta ahora una de las razones principales para la ausencia de aplicaciones industriales en este campo. Este proyecto pretende ser un paso adelante en este tema. Los objetivos concretos del Proyecto son los siguientes:
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