Inactivación de fitopatógenos presentes en agua mediante fotocatálisis solar

Resumo

El elevado estrés existente sobre los recursos hídricos del planeta se debe fundamentalmente al uso indiscriminado de las fuentes de agua dulce y en muchos casos a la contaminación química y microbiológica de las mismas. Por ello recientemente la comunidad científica ha dedicado interés y esfuerzo en desarrollar métodos que permitan aprovechar el agua que ya ha sido utilizada para otros fines. En materia de reutilización de aguas es crítico realizar un tratamiento efectivo para reducir la carga de contaminantes químicos y agentes patógenos. Las técnicas tradicionales de tratamiento y purificación de aguas dan solución a gran parte del problema pero presentan ciertas limitaciones. Por ello existen diversas tecnologías en fase de investigación encaminadas a resolver las limitaciones de las tradicionales. Los Procesos Avanzados de Oxidación (PAO) se basan en la generación de radicales hidroxilo (OH¿), que permiten la mineralización de una gran variedad de compuestos orgánicos debido a su elevado potencial de oxidación y su baja especificidad. Las propiedades oxidativas de los PAO también pueden utilizarse para la inactivación de microorganismos, tal y como muestran los trabajos científicos publicados en los últimos quince años. Especialmente interesantes son aquellos PAO que utilizan la radiación solar como fuente de fotones. Esto permitiría a medio y largo plazo desarrollar métodos de tratamiento de aguas de bajo coste con un mínimo impacto sobre el medioambiente. El objetivo fundamental de este trabajo es explorar las capacidades de diversas técnicas fotoquímicas solares para la desinfección de agua y su posible reutilización. En este trabajo de investigación se estudia la eficiencia de diferentes tratamientos fotocatalíticos solares para la inactivación esporas del género Fusarium y Phytophthora en agua. Ambos géneros fúngicos son causantes de graves problemas de contaminación de agua y suelos en agricultura. Dichas esporas son muy interesantes en esta investigación por su elevada resistencia a los tratamientos convencionales de desinfección de agua y a los factores ambientales, permitiendo observar gradientes de eficiencia entre los distintos métodos evaluados. Uno de los tratamientos estudiados es la fotocatálisis heterogénea con dióxido de titanio (TiO2). Este semiconductor genera radicales OH¿ en agua y en presencia de oxígeno al ser iluminado con fotones de longitud de onda inferior a 390 nm. Este catalizador ha sido ampliamente estudiado en la literatura mostrando resultados prometedores en la desinfección de agua. Este catalizador se ha utilizado para desinfectar agua contaminada con esporas de Fusarium sp dando resultados muy prometedores. Otra de las técnicas fotocatalíticas que actualmente está empezando a considerarse para la desinfección de aguas es el foto-Fenton, ciclo de reacciones catalíticas promovidas por sales de hierro, H2O2 y fotones de longitudes de onda inferiores a 580 nm. En este campo los aportes científicos son más escasos. Gran parte del trabajo experimental presentado en esta memoria se ha realizado con el proceso de foto-Fenton con luz solar. Al igual que en la descontaminación de compuestos orgánicos, la desinfección con foto-Fenton presenta una elevada eficacia para la inactivación de las esporas objeto de estudio. Se ha investigado también el tratamiento H2O2 con radiación solar y por primera vez se demuestra su capacidad para la inactivación de hongos en agua. Este proceso no se puede considerar fotocatalítico pero produce cambios fotoquímicos y fotobiológicos que vulnera la viabilidad de los microorganismos. Este proceso es novedoso en la desinfección de aguas y, dado los resultados positivos que se han encontrado, podría considerarse como una alternativa de bajo coste para el tratamiento y reúso de agua en agricultura. Algunos aspectos que afectan la eficiencia fotocatalítica es la presencia de compuestos orgánicos e inorgánicos que pueden estar presentes de forma natural en el agua. Por ello, además de los diferentes tratamientos solares, se han evaluado diferentes tipos de agua: (i) agua destilada, donde no se producen interferencias en la formación de radicales OH¿ por la ausencia de compuestos químicos; (ii) agua de pozo natural, la cual se caracteriza por una elevada concentración de carbonatos y bicarbonatos (conocidos secuestradores de radicales OH¿); (iii) agua simulada de salida de una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR), se trata de agua preparada con compuestos orgánicos e inorgánicos que se utilizan como modelo experimental evitando las fluctuaciones en la composición del agua que ocurren en un efluente real de EDAR y; (iv) agua real de salida de EDAR (El Bobar, Almeria, España) con elevada carga de compuestos químicos (orgánicos e inorgánicos) y microorganismos. Todos estos procesos aplicados a los diferentes tipos de aguas se han investigado en primer lugar en volúmenes pequeños. Para ello se han utilizado reactores solares de botella de 200 mL. Esta escala de trabajo permite obtener evidencias preliminares acerca del comportamiento y/o eficiencia de un determinado proceso. Tras estos estudios preliminares, todos los procesos se estudian experimentalmente en reactor solar CPC de 60 L. Los resultados obtenidos a lo largo del desarrollo experimental han demostrado la elevada eficiencia del sistema CPC en la inactivación de esporas fúngicas con los tres procesos solares investigados y los diferentes tipos de agua. Esto demuestra a su vez que estas tecnologías solares llevadas a cabo en reactor CPC son una buena opción a tener en cuenta para ser aplicada en un futuro a escala real.