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Un equipo de investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial (ETSIDI) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha ensayado con éxito un tratamiento para la degradación de contaminantes de preocupación emergente (contaminants of emerging concern, CEC) en las aguas residuales. Para ello han utilizado fotocatalizadores flotantes y radiación solar como único reactivo, un proceso muy económico, eficiente, fácil de implantar y compatible con el medio ambiente.
Esquema del tratamiento fotocatalítico estudiado.
Los contaminantes orgánicos, específicamente los contaminantes de preocupación emergente (CEC), tienen un gran impacto ambiental. Entre estos contaminantes se hallan algunos productos farmacéuticos que, a pesar de que se encuentren en baja concentración en el medio, pueden ocasionar importantes daños en la flora y la fauna y, por tanto, en la salud humana. Por ello, es necesaria la búsqueda de tratamientos alternativos que permitan una degradación eficiente de estos contaminantes de las aguas y aguas residuales.
El grupo Análisis y Caracterización Óptica de Materiales de la ETSIDI de la UPM lleva años trabajando en una línea de investigación centrada en el tratamiento de aguas residuales mediante diversos procesos de oxidación avanzada, basados en la generación de radicales hidroxilo como agentes oxidantes de materia orgánica contaminante. Dentro de esta trayectoria, varios miembros del grupo han llevado a cabo un proyecto cuyo objetivo ha sido el estudio de la degradación eficiente de los CEC.
Como señala María José Martín de Vidales, investigadora que ha participado en el trabajo, "este tipo de contaminantes presentan una elevada persistencia en las aguas residuales, ya que no pueden ser eliminados completamente por los tratamientos de aguas convencionales, y su presencia en el medio acuático, incluso en bajas concentraciones, puede generar problemas de salud de diversa índole (problemas en los sistemas hormonal y endocrino, diversos tipos de cáncer, resistencia bacteriana a los antibióticos, etc.)".
Los procesos de oxidación avanzada y, específicamente, la fotocatálisis con dióxido de titanio (TiO2) se consideran una opción con resultados positivos para un tratamiento eficiente. El TiO2 es un semiconductor que posee un salto de la capa de valencia a la capa de conducción con una energía muy pequeña, que puede ser aportada por la simple presencia de una fuente de radiación ultravioleta (UV) con ayuda de una lámpara, como en el caso de los experimentos que se han llevado a cabo en este trabajo. Pero también la puede proporcionar la radiación solar −la radiación UV es parte integrante de los rayos solares−, permitiendo la generación en el agua de radicales hidroxilo y demás agentes oxidantes de materia orgánica. Es por esto por lo que reciben el nombre de fotocatalizadores.
En este contexto, es importante contar con un sistema de reacción en el que se maximice el contacto entre especie contaminante, fase catalítica activa (TiO2) y fuente de radiación UV (agente activante del TiO2). Así, "uno de los propósitos de este proyecto ha sido buscar una mayor superficie activa de catalizador por extrusión y su posterior impresión 3D, contando con una adecuada dispersión de TiO2 en un soporte de menor densidad que el agua, obteniendo así un fotocatalizador flotante accesible a la radiación UV y de elevada actividad en el tratamiento de aguas residuales contaminadas con CEC" explica la investigadora. Además, "la característica flotante del catalizador puede aumentar la eficiencia del proceso si el contaminante se encuentra principalmente en la superficie del agua" concluye María José Martín de Vidales.
Los fotocatalizadores obtenidos mostraron una mayor actividad en comparación con una geometría plana, utilizada como punto de referencia. Por lo tanto, este estudio abre las puertas al tratamiento in situ de CEC, utilizando fotocatalizadores flotantes y radiación solar como único reactivo, un proceso muy económico, eficiente, de fácil implantación y medioambientalmente compatible.
