Energía solar para descontaminar aguas residuales
MORELIA, Mich., 31 de diciembre de 2014.-En ríos, pozos, incluso en agua potable, en ocasiones se encuentran diluidas sustancias que pueden ser nocivas para la salud; ante ello, integrantes del Instituto de Ingeniería (II) de la UNAM recurren al uso de la energía solar para descontaminar este líquido.
Con el apoyo de reactores fotoquímicos de diferentes tipos y tamaños, y con el empleo de fotocatalizadores, trabajan en la Planta Solar del II, localizada junto al Jardín Botánico exterior.
Julio César Morales Mejía, de la Coordinación de Mecánica y Energía del Instituto, ofreció detalles del trabajo que coordina, en el que participan estudiantes de licenciatura, y que también ha tenido la colaboración de alumnos de maestría, doctorado y posdoctorado.
En su labor, en la que desarrollan procesos de tratamiento y reactores fotoquímicos, los integrantes de la entidad universitaria involucrados han considerado preocupantes los reportes de hallazgos de contaminantes orgánicos en cuerpos de agua, como triclosán, resorcinol (molécula de la familia del fenol), edulcorantes y fármacos, entre ellos, el naproxeno y el ibuprofeno; “aunque están en pequeñas concentraciones, no tendrían por qué aparecer”, dijo.
Para eliminar esos compuestos, los miembros de este grupo de investigación utilizan la fotocatálisis heterogénea solar, mediante materiales denominados fotocatalizadores, de la familia de los calcogenuros (óxidos y sulfuros).
Es un proceso en el cual la energía UV solar activa el fotocatalizador, que genera especies químicas altamente reactivas llamadas radicales hidroxilo; éstos oxidan los contaminantes orgánicos y así se descontamina tanto el recurso hídrico residual, como el potable.
Morales Mejía explicó que básicamente trabajan con Ti02 (dióxido de titanio) como fotocatalizador, semiconductor activado con fotones ultravioleta que pueden provenir de la radiación solar. Entre las ventajas están su alta estabilidad química, su bajo costo y la aceptable inocuidad para los seres vivos, en especial si se utiliza como partículas micrométricas o como películas depositadas sobre materiales como tezontle, esferas de vidrio, tubos y vidrios planos, entre otros.
Al laborar con el catalizador inmovilizado han podido oxidar compuestos como triclosán (presente en algunos desinfectantes de manos, pastas dentales y champús), fármacos y compuestos light, entre otros contaminantes de preocupación emergente. “Hasta hace poco, éstos no se monitoreaban por sus muy bajas concentraciones, que no suelen ser consideradas en los análisis convencionales, pero su cantidad en el agua va en aumento”, apuntó.
Equipo
En el Laboratorio de Óptica Solar del Instituto cuentan con equipo especializado para estos procesos. Por ejemplo, en uno de los aparatos, del tamaño de un televisor mediano, se reproduce la irradiancia UV de la energía solar para hacer pruebas fotoquímicas.
En áreas cercanas a ese laboratorio se localiza el reactor fotocatalítico, basado en un colector de canal parabólico (PTC, por sus siglas en inglés) de 14 metros de longitud, equipado con tanque, bomba y tuberías por donde circula el agua en tratamiento.
También hay reactores fotocatalíticos solares pequeños, como el de parábola compuesta (CPC), con bomba, depósito del agua en tratamiento al costado y con la posibilidad de usar el catalizador suspendido o inmovilizado en otra superficie.
Aplicaciones
El universitario explicó que la descontaminación del agua mediante radiación solar podría ser aplicable en casa, en el ámbito industrial o comercial. En depósitos de la potable, por ejemplo, se colocaría un sistema contiguo al tinaco, un pequeño reactor fotocatalítico que brindará un tratamiento extra al líquido.
Con ello se mejoraría la calidad del consumo humano, pues se eliminarían remanentes diluidos y contaminantes que muchas veces escapan a la potabilización. En la planta hay reactores pequeños que tratan de uno a dos litros; los más grandes manejan entre 20 y 100 litros en cada ciclo.
Trabajan además en un mecanismo que brinde el funcionamiento de un reactor fotocatalítico energéticamente autónomo, para evitar el uso de energía eléctrica de fuentes convencionales durante su operación; con ello, tendría un proceso ecológicamente amigable.
Por otro lado, consideran instruir a personal en el manejo de catalizadores que necesitan trato cuidadoso, pues aunque son moléculas activas y químicamente estables, se contaminan con facilidad. “Requieren limpieza periódica con agua limpia y exposición al Sol para eliminar material absorbido durante la misma acción de descontaminación fotocatalítica. Su periodo útil no está en función de semanas o meses, sino por ciclos; después de cerca de una decena de éstos, se recomienda cambiarlos”, indicó.
Como una etapa más de estas investigaciones, Morales Mejía dijo que se planea que los catalizadores (en perlas, polvos, tubos o arcillas) sean fácilmente sustituibles, como sucede con cartuchos de tinta para computadoras.
En diferentes fases de este proyecto, que se ha realizado en el grupo de trabajo dirigido por Rafael Almanza Salgado, investigador del II, se ha contado con la participación de estudiantes de maestría y doctorado en Ingeniería en Energía, como Perla Hernández, Gustavo Herrera y el propio Julio César Morales en sus estudios doctorales; de posdoctorado, Fabiola Méndez Arriaga; y de licenciatura, Sandra Martínez.
Actualmente, también colaboran Lourdes Angélica Quiñones, del posgrado de Ingeniería en Energía, quien realiza su doctorado en Ciudad Universitaria; Sandra Silva, de la licenciatura en Química; y Sandra Pinto, de la licenciatura en Ingeniería Química de la Facultad de Estudios Superiores (FES) Cuautitlán.
Morales Mejía imparte, además, clases de Química Ambiental y de Tratamiento de Aguas en esa FES. En el Instituto de Ingeniería pertenece a la Coordinación de Mecánica y Energía y colabora en el grupo de trabajo de Almanza Salgado.
