Fotocatálisis solar: una tecnología prometedora para el tratamiento de materia orgánica y desinfección de agua Recibido: /junio, 2021. Aceptado: /agosto, 2021.
Barra lateral del artículo
Contenido principal del artículo
Resumen
El presente artículo de revisión describe los procesos de oxidación avanzada (POA), basados en fotoquímica solar, orientados principalmente a los procedimientos catalíticos heterogéneos con di óxido de titanio. Para la recolección de la información se emplearon diversas bases de datos en el periodo comprendido desde 2015 al 2020. Inicialmente, el trabajo aborda la temática de los fotocalizadores y su mecanismo de acción en los POA de la materia orgánica. También, se describen las condiciones experimentales de los diferentes sistemas de tratamiento del recurso para consumo humano utilizando esta tecnología. Además, se hace referencia a su aplicación al tratamiento de los residuos naturales, y a la desinfección del agua de origen pluvial, superficial y de pozo profundo con miras a su aplicación en comunidades con limitaciones de suministro potabilizado.
Descargas
Detalles del artículo
Referencias
J. González G. El acceso al agua potable como derecho humano, su dimensión internacional. Editorial Club Universitario, San José, Alicante, España, 2015.
J.A. Villena Ch. Calidad del agua y desarrollo sostenible. Revista Peruana de Medicina Experimental y Salud Pública, 35(2):304–308, 2018.
E.A. Vega A. Enfermedad de transmisión digestiva y factores riesgo. Aplicación de un método de evaluación rápida. Gaceta Médica Espirituana, 9(2):11–26, 2017.
OMS. Informe sobre los resultados de la OMS: Presupuesto por programas 2016-2017. Informe A71/28, Organización Mundial de la Salud, París, 2018.
A. Mejía B., O. Castillo y R. Vera. Agua potable y saneamiento en la nueva ruralidad de américa latina. Resúmen Ejecutivo, CAF, Banco de Desarrollo de América Latina, Bogotá, 2016.
G. Correa-A. Acceso al agua, pobreza y desarrollo en Colombia. Revista de la Universidad de la Salle, 72:27–46, 2017.
P. Bohórquez-A. Aplicación de la metodología costo beneficio para la evaluación económica de proyectos de plantas de tratamiento de agua potable – Camaná. Trabajo de Grado de Maestría, Unidad de Posgrado de la Facultad de Administración, Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa, Arequipa, Perú, 2019.
E. Segura-S. Estudio de nuevos fotocatalizadores para la obtención de combustibles solares. Tesis de Máster Universitario en Ingeniería Química, Departamento de Química, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Valencia, Valencia, España, 2017.
E. Salamanca. Tratamiento de aguas para el consumo humano. Modulo Arquitectura CUC, 17:29–48, 2016.
G. Centeno-B. y Y. Jiménez. Uso de lodos rojos como catalizador en los procesos de oxidación avanzada: una aproximación al estado del arte. Tekhné, 21(4):26–40, 2018.
M. Sillanpää, M. Ncibi, and A. Matilainen. Advanced Oxidation Processes for the Removal of Natural Organic Matter from Drinking Water Sources: A Comprehensive Review. Journal of Environmental Management, 208:56–76, 2018.
C. Remucal and D. Manley. Emerging Investigators Series: The Efficacy of Chlorine Photolysis as an Advanced Oxidation Process for Drinking Water Treatment. Environmental Science: Water Research & Technology, 2(4):565–579, 2016.
M.I. Stefan. Advanced Oxidation Processes for Water Treatment: Fundamentals and Applications. IWA Publishing, Londres, II Edition, 2017.
Y. Aguas, M. Hincapie, P. Fernández-I., and M.I. Polo-L. Solar Photocatalytic Disinfection of Agricultural Pathogenic Fungi (Curvularia Sp.) in Real Urban Wastewater. Science of the Total Environment, 607:1213–1224, 2017.
A.C. Agudelo, C.A. Terranova y J.P. Alcantara. Evaluación de un sistema de fotocatálisis heterogénea y pasteurización para desinfección de aguas lluvias. Ciencia e Ingeniería Neogranadina, 28(1):117–134, 2018.
S. González-L. y K. Pinto-A. Incidencia de la radiación solar, rayos UV y temperatura, en el crecimiento de coliformes totales y fecales en arena de Playa Puerto Mocho en la Ciudad de Barranquilla. Trabajo de Grado de Ingeniería, Programa de Ingeniería Ambiental, Departamento de Civil y Ambiental, Universidad de la Costa, Barranquilla, Colombia, 2018.
J. Posso, F. González, H. Guerra y H. Gómez. Estimación del potencial de energía solar en Venezuela utilizando sistemas de información geográfica. Revista Geográfica Venezolana, 55:27–43, 2014.
M. Hernández-L. y G. Prieto-S. El papel de la fotocatálisis en la protección ambiental y química verde. Investigación Joven, 4(1):40– 44, 2017.
L. Lerici, C. Femanelli, E. Diguilio, L. Pierella y C. Saux. Síntesis y caracterización de fotocatalizadores de hierro soportado sobre zeolitas microporosas. Revista Matéria, 23(2), 2018.
A. Ungria-C. Regeneración de aguas depuradas mediante fotocatálisis heterogénea con dióxido de titanio: análisis de variables influyentes. Trabajo de Grado de Ingeniería, Área de Tecnologías del Medio Ambiente, Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Escuela de Ingeniería y Arquitectura, Universidad de Zaragoza, Zaragoza, España, 2016.
M.C. Nevárez-M., P.J. Espinoza-M., F. J. Quiroz-C. y B. Ohtani. Fotocatálisis: inicio, actualidad y perspectivas a través del Tio₂. Avances en Química, 12(2–3):45–59, 2017.
T. Su, Q. Shao, Z. Qin, Z. Guo, and Z. Wu. Role of Interfaces in Two-Dimensional Photocatalyst for Water Splitting. ACS Catalysis, 8(3):2253–2276, 2018.
W. Vallejo, C. Díaz-U., K. Navarro, R. Valle, J. Arboleda y E. Romero. Estudio de la actividad antimicrobiana de películas delgadas de dióxido de titanio modificado con plata. Revista de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, 40(154):69–74, 2016.
A. Loaiza, C. Segura, I. Sierra y L. Portela. Evaluación del efecto de la temperatura de calcinación sobre la actividad fotocatalítica de cinco marcas de dióxido de titanio comerciales en la degradación de azul de metileno en presencia de radiación UV. En Encuentro Internacional de Educación en Ingeniería ACOFI. Bogotá Colombia, 2016.
V. Mendoza-E., E. Castaño-G., A. González-G. y R. González-H. Efectos de intercambio y correlación en las propiedades estructurales y electrónicas del TiO₂ en la fase rutilo. Ciencia en Desarrollo, 8(1):161–168, 2017.
B. Barber-N. Estudio de la degradación fotocatalítica de naftaleno mediante compositos de óxido de cerio-dióxido de titanio p25. Proyecto de Investigación para Optar al Título de Ingeniero, Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México, 2018.
S. Nam, H. Cho, J. Han, N. Her, and J. Yoon. Photocatalytic Degradation of Acesulfame K: Optimization Using the Box–Behnken Design (Bbd). Process Safety and Environmental Protection, 113:10–21, 2018.
M. Izquierdo. Fotocatálisis: nanomateriales para combatir la contaminación y obtener energía. Boletín del Grupo Español del Carbón, 42:9–11, 2016.
M. Lemus-P. Reacción del cloro con sustancias exopoliméricas provenientes de biopelículas de agua potable-subproductos de desinfección, características y toxicidad. Tesis Doctoral, Centro de Investigaciones en Ingeniería Ambiental, Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad de los Andes, Bogotá, 2017.
R. Sánchez-P. y K. García-G. Tratamiento de aguas residuales de cargas industriales con oxidación avanzada en sistemas convencionales. Revista de Ciencias de la Vida, 27(1):103–111, 2018.
B.K. Mayer, C. Johnson, Y. Yang, N. Wellenstein, E. Maher, and P.J. McNamara. From Micro to Macro-Contaminants: The Impact of Low-Energy Titanium Dioxide Photocatalysis Followed by Filtration on the Mitigation of Drinking Water Organics. Chemosphere, 217:111–121, 2019.
E. Rodríguez. Eliminación de microcontaminantes orgánicos presentes en aguas residuales urbanas mediante MBR combinado con oxidación avanzada y con filtración por membranas. Tesis Doctoral, Instituto Universitario del Agua y las Ciencias Ambientales, Universidad de Alicante, Alicante, España, 2018.
J. Gramage-D. Utilización de sustancias tipo húmicas para un proceso de eliminación de contaminantes por membranas-tratamiento fotoquímico. Trabajo de Fin de Carrera, Departamento de Ingeniería Textil y Papelera, Escuela Politécnica Superior de Alcoy, Universitat Politécnica de Valencia, Valencia, España, 2018.
C. Orha, R. Pode, F. Manea, C. Lazau, and C. Bandas. Titanium Dioxide-Modified Activated Carbon for Advanced Drinking Water Treatment. Process Safety and Environmental Protection, 108:26–33, 2017.
R. Bazán, M. García, J. M. Lozada, M. L. Chalimond, H. Herrero, M. Bonansea y A. Cossavella. Estudio multidisciplinario e interinstitucional de dos fuentes principales de agua potable para la provincia de Córdoba. Revista de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, 5:57–64, 2018.
E.A. Cantoral-U., A.D. Asencio-M. y M. Aboal-S. Cianotoxinas: efectos ambientales y sanitarios. Medidas de Prevención. Hidrobiológica, 27(2):241–251, 2017.
A. Arellano y V. Lindao. Efectos de la gestión y la calidad del agua potable en el consumo del agua embotellada. Novasinergia, 2(1):15– 23, 2019.
A. Campos y P. Vargas. Análisis técnico y ambiental de una planta de tratamiento compacta de agua potable en Villarrica-Tolima. Boletín Semillas Ambientales, 13(1):40–51, 2019.
S. Torres-S., I. Tapia-C., L. Goetschel-G. y E. Pazmiño-S. Análisis físico-químico e influencia de los minerales disueltos en el sabor del agua potable, de las principales plantas de tratamiento de Quito. Enfoque UTE, 11(4):57– 70, 2020.
A. Gamón-O. Estudio de la problemática organoléptica en aguas potables asociadas a proliferaciones de algas en las fuentes de abastecimiento. Aplicación al caso de la ETAP el Realón en Picassent (Valencia). Trabajo de Fin de Carrera, Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Universitat Politécnica de Valéncia, Valencia, España, 2017.
L. Rossel-B., R. Bernedo, L. Alberth, F. Mayhua, A. Ferro-G. y R.R. Zapana-Q. Radiación ultravioleta-c para desinfección bacteriana (coliformes totales y termotolerantes) en el tratamiento de agua potable. Revista de Investigaciones Altoandinas, 22(1):68–77, 2020.
S. Yaparatne, C. Tripp, and A. Amirbahman. Photodegradation of Taste and Odor Compounds in Water in the Presence of Immo bilized TiO2-SiO2 Photocatalysts. Journal of Hazardous Materials, 346:208–217, 2018.
A. De la Cruz y D. Murcia. Eliminación de E. coli y Pseudomona aeruginosa de agua potable usando sistema de desinfección con luz ultravioleta y óxido de titanio. Centros: Revista Científica Universitaria, 8(1):87–100, 2019.
A. Costa-C., M.R. Gomes y P.M. Anco-E. Calidad de las aguas meteóricas en la ciudad de Itajubá, minas gerais, Brasil. Revista Ambiente & Aguá, 9(2):336–346, 2015.
M. Waso, S. Khan, A. Singh, S. McMichael, W. Ahmed, P. Fernández-I., and W. Khan. Predatory Bacteria in Combination With Solar Disinfection and Solar Photocatalysis for the Treatment of Rainwater. Water research, 169:115–281, 2020.
C. Betancur-H., V. Hernández-Mo. y R. Buitrago-S. Nanopartículas para materiales antibacterianos y aplicaciones del dióxido de titanio. Revista Cubana de Investigaciones Biomédicas, 35(4):387–402, 2016.
N.A.B Ab A., P. Palaniandy, H. Abdul A., and D.A.D Aljuboury. Use of Photocatalysis for Conversion of Harvested Rainwater as An Alternative Source Into Drinking Water. Global Nest Journal, 20(2):243–256, 2018.
K. Omar, N. Aziz, S. Amr, and P. Palaniandy. Removal of Lindane and Escherichia Coli (E. Coli) From Rainwater Using Photocatalytic and Adsorption Treatment Processes. Global Nest Journal, 19(2):191–198, 2017.
S. Saran, P. Arunkumar, and S. Devipriya. Disinfection of Roof Harvested Rainwater for Potable Purpose Using Pilot-Scale Solar Photocatalytic Fixed Bed Tubular Reactor. Water Science and Technology: Water Supply, 18(1):48–59, 2018.
I. Ramírez y E. Muñoz. Adsorbentes y materiales utilizados para filtración y reducción de contaminantes en aguas potables. Ciencia, Innovación y Tecnología, 3:51–61, 2017.
M.B. Keogh, K. Elmusharaf, P. Borde, and K.G. McGuigan. Evaluation of the Natural Coagulant Moringa Oleífera as a Pretreatment for SODIS in Contaminated Turbid Water. Solar Energy, 158:448–454, 2017.
C. Rico, F. Dávila, F. Arredondo y L. García. Desinfección foto-catalítica del agua para consumo humano usando luz solar y dióxido de titanio (TiO₂) inmovilizado. Nota Técnica, Centro de Estudios Académicos sobre Contaminación Ambiental, Facultad de Química e Ingeniería de la Universidad Autónoma de Querétaro, Querétaro, México, 2018.
V. Porley, E. Chatzisymeon, B. Meikap, S. Ghosal, and N.Robertson. Field Testing of Low-Cost Titania-Based Photocatalysts for Enhanced Solar Disinfection (SODIS) in Rural India. Environmental Science: Water Research & Technology, 6(3):809–816, 2020.
L. Sosa y A. Sanjuan. Planta potabilizadora de agua de río con utilización de fotocatálisis heterogénea para desinfección primaria. Trabajo de Grado, Universidad Técnica Nacional, Santa Fe, Argentina, 2018.
A.B. Almendariz-G. Análisis microbiológico de las aguas del parque de las fuentes del cantón guano, perteneciente a la provincia Chimborazo. Trabajo de Grado en Bioquímica Farmacéutica, Escuela de Bioquímica y Farmacia, Facultad de Ciencias, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador, 2017.
M.C. Rosales-V. Síntesis controlada de semiconductores metal-óxido nanoestructurados y su efecto en el tratamiento de aguas contaminadas por fotocatálisis heterogénea. Tesis Doctoral en Ciencias de la Ingeniería, Ciencia de los Materiales, Departamento de Ingeniería Química, Biotecnología y Materiales, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Santiago de Chile, 2020.
S. Malato, M. Maldonado, P. Fernández-I., I. Oller, I. Polo, and R. Sánchez-M. Decontamination and Disinfection of Water by Solar Photocatalysis: The Pilot Plants of the Plataforma Solar De Almeria. Materials Science in Semiconductor Processing, 42(Part 1):15–23, 2016.
M.R. Martínez-G. y M.A.V. Pachés-G. Desinfección del agua: determinación colorimétrica del cloro libre y cloro total con DPD. Master Tesis, Universidad Politécnica de Valencia, Valencia, España, 2019.
D.P. Patiño-B., L.V. Pérez-A., M.I. Torres C., D.A. Rosas-L. y G. Di Filippo-I. Uso de biocidas y mecanismos de respuesta bacteriana. Revista Cubana de Investigaciones Biomédicas, 37(3), 2018.
J. Pantoja-E., J. Proal-N., M. García-R., I. Cháirez-H. y G. Osorio-R. Eficiencias comparativas de inactivación de bacterias coliformes en efluentes municipales por fotólisis (UV) y por fotocatálisis (UV/TiO₂/SiO₂). Caso: depuradora de aguas de Salamanca, España. Revista Mexicana de Ingeniería Química, 14(1):119– 135, 2015.
L.V. Carvajal-R. y A.C. Quintero-A. Diseño, construcción y evaluación de un sistema piloto multifamiliar de desinfección solar de agua con bajos niveles de turbiedad a partir de fotocatálisis heterogénea y pasteurización como alternativa de suministro en épocas de escasez a la Vereda de Los Soches. Trabajo de Grado, Ingeniería Ambiental y Sanitaria, Facultad de Ingeniería, Universidad de La Salle, Bogotá, 2016.
G. Medina-P. y F. Fernández-L. Nanotoxicidad: Retos y oportunidades. Mundo Nano. Revista Interdisciplinaria en Nanociencias y Nanotecnología, 11(20):7–16, 2018.
F. De J. Silerio V. Determinación de la eficiencia de degradación de DQO de fenol en solución acuosa por fotocatálisis solar heterogénea utilizando TiO₂ soportado sobre cuarzo y calcita. Trabajo de Maestría, Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional, Unidad Durango, Instituto Politécnico Nacional, México, 2016.
M. Figueredo-F., S. Gutiérrez-A., A. Acevedo M., and M.A. Manzano. Estimating Lethal Dose of Solar Radiation for Enterococcus Inactivation Through Radiation Reaching the Water Layer. Application to Solar Water Disinfection (SODIS). Solar Energy, 158:303– 310, 2017.
