APLICACIÓN DE PROCESOS FOTOQUÍMICOS PARA LA POTABILIZACIÓN DE AGUAS DE CONSUMO DEL CAMPUS UNIVERSITARIO DE LA CIUDAD DE SAN LORENZO
APPLICATION PROCESS FOR PURIFICATION PHOTOCHEMICAL DRINKING WATER UNIVERSITY CAMPUS CITY OF SAN LORENZO
*Ruiz Díaz L1,2, Caballero N3
1 Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad Nacional de Asunción, San Lorenzo, Paraguay
2 Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Nacional de Asunción, San Lorenzo, Paraguay
3 Universidade Federal da Integração Latino Americana, Brasil
RESUMEN.
El Campus Universitario de San Lorenzo cuenta con 18 pozos artesianos que proveen agua a las diferentes Unidades Académicas, 6 de ellos presentaron diversos grados de contaminación bacteriana por lo que fueron monitoreados en el laboratorio con el objetivo de seleccionar uno, para realizar los ensayos de desinfección. Se determinó el grado de contaminación de los mismos, eligiéndose aquel con mayor carga bacteriana, representada por E. coli, para tomar las muestras, que fueron sometidas a tratamiento empleando la técnica de Fotocatálisis Solar Heterogénea, utilizando TiO2 (dióxido de titanio) como catalizador. El tratamiento fue realizado en diferentes épocas del año, de Julio del año 2010 a Setiembre del año 2011, empleando un reactor esférico estático montado en un soporte metálico con una superficie reflectiva de aluminio pulido móvil; la temperatura de trabajo se mantuvo entre 15 - 45 °C y las muestras fueron tomadas con intervalos de tiempo de 1.5 a 5 horas de exposición a la radiación solar. Los resultados obtenidos con dicho método confirmaron la eficacia del mismo, aún con el tiempo mínimo de exposición, no observándose recrecimiento bacteriano dentro de las 48 h posteriores al tratamiento.
Palabras clave: desinfección, fotocatálisis solar heterogénea, E.coli, dióxido de titanio.
]]> ABSTRACT.The campus of San Lorenzo has 18 artesian wells that provide water to the different academic units , six of which showed varying degrees of bacterial contamination which were monitored in the laboratory in order to select one to perform tests disinfection. The degree of contamination of these was determined , choosing the one with highest bacterial load , represented by E. coli , to take the samples, were subjected to treatment using the technique of Solar Heterogeneous photocatalysis using TiO2 (titanium dioxide ) as a catalyst . The treatment was performed at different times of year, July 2010 to September 2011 using a spherical static reactor mounted on a metal stand with a reflective surface mobile polished aluminum, the working temperature was maintained between 15-45 ° C and samples were taken at time intervals of 1.5 to 5 hours of exposure to solar radiation. The results obtained by this method confirm its effectiveness, even with minimal exposure time, no bacterial growth was observed within 48 h after treatment.
Keywords: disinfection, solar heterogeneous photocatalysis, E.coli, titanium dioxide.
INTRODUCCIÓN.
Una gran proporción de abastecimiento de aguas municipales y domésticas, tanto a nivel país como en grandes centros urbanos, proviene de recursos hídricos subterráneos. El agua subterránea también está siendo ampliamente explotada para abastecimiento de aguas potables en áreas rurales, ya que es el recurso más barato y seguro (1).
Al trasladar esta situación al Paraguay se puede citar como ejemplo el caso del Acuífero Patiño, objeto de estudio sistemático por parte de SENASA (Servicio Nacional de Saneamiento Ambiental), que dieron como resultado que el mismo es de fácil acceso, baja mineralización, restringido, vulnerable y amenazado por contaminación antrópica, invasión salina y sobreexplotación. El territorio sobre el cual está asentado el acuífero encierra una gran variedad de actividades de su población, como ser: industriales, agropecuarias, hospitalarias, domiciliarias, cuyos residuos son vertidos a menudo en la vía pública o en corrientes de agua natural que, junto con otros sedimentos, en muchos casos son arrastrados por las lluvias que son fuente de contaminantes de los ríos, arroyos y por ende del acuífero.
Las instalaciones del Campus de la Universidad Nacional de Asunción son abastecidos con agua de pozos, en los cuales el 70% de los contaminantes corresponden a bacterias coliformes. La baja cobertura de suministros de agua potable a la población en el país, constituye un riesgo constante a la salud pública, siendo el agua de consumo una de las mayores fuentes de infección por diversos organismos patógenos en el hombre (2,3,4).
Ante la necesidad de potabilizar el agua de manera que la población la utilice para consumo y otros fines, con éste trabajo se probó la eficacia de una de las técnicas de potabilización de mayor estudio en los últimos tiempos a través de un plan piloto a pequeña escala utilizando la Fotocatálisis Solar Heterogénea con TiO2 (dióxido de titanio) que puede resultar muy aprovechable dada las condiciones de radiación solar con que cuenta el país, siendo además de fácil aplicación y de bajo costo.
Los resultados satisfactorios obtenidos y aplicados a mayor escala podrían beneficiar al suministro de agua potable preservando así la salud pública como un derecho humano (4,5,6).
MATERIALES Y MÉTODOS.
]]> Se analizaron 28 muestras de agua subterránea provenientes de diferentes pozos artesianos dentro del Campus Universitario (7), de los cuales se seleccionaron los mas contaminados. Las muestras fueron analizadas en el laboratorio de la SEAM (Secretaría del Ambiente), utilizando un kit de Quanti-Tray 2000 model 2X. Brevemente, las muestras fueron tomadas en frascos estériles de 100 mL, a los que se les agregó agar como medio de cultivo. Las soluciones resultantes fueron cargadas en una matriz estéril (Figura 1), sostenida sobre una plancha de goma que se llevó a un equipo sellador marca Quanti-Tray 2000 2X, finalmente se incubó a 35°C durante 24-48 h.
Cumplido ese tiempo se retiró la bandeja de la incubadora, se observó si hubieron cambios en la coloración (Figura 2); si la misma presentaba celdas de color púrpura indicaba presencia de coliformes totales y ayudados por una lámpara Sprectroline UV-4V Ultraviolet, Lamp UV-A BUE-220B. La presencia de E.coli (no 0157 no productor de toxina shiga) fue confirmada por medio de la fluorescencia (Figura 3). Se interpretaron los cambios de coloración por medio de una Tabla NMP (Número Más Probable) IDEXX Quanti-Tray/2000, expresado en UFC/mL (8).
Para la evaluación del tratamiento de potabilización, a partir de los resultados del estudio anterior, se seleccionó el grifo 5 perteneciente al Laboratorio de Bioquímica de la Facultad de Ciencias Veterinarias (Tabla 1).
Se empleó la técnica de Fotocatálisis Solar Heterogénea, utilizando TiO2 como catalizador para el tratamiento. El mecanismo consistió fundamentalmente en la formación de radicales hidroxilo, que son altamente oxidantes y contribuyen a una profunda mineralización de los compuestos orgánicos y oxidación de compuestos hasta dióxido de carbono e iones (cloruros, nitratos) y por último la descomposición de los reactivos utilizados como oxidantes en productos inocuos (9,10,11,12).
El diseño del reactor correspondió al tipo experimental artesanal, y consistió en un balón de vidrio de 3 litros de capacidad (Figura 4), provisto de una tapa esmerilada móvil con varias aberturas que fueron utilizadas para termómetro, agitador manual, entrada de oxígeno, etc. A la muestra a ser tratada se agregó TiO2 en suspensión a razón de 40 mg/L, se lo expuso a radiación solar con agitación continua y se tomaron alícuotas de 100 ml en frascos estériles a diferentes tiempos de exposición, comprendidos entre 1,5 y 5 h.
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La carga bacteriana de las muestras obtenidas fue cuantificada aplicando las técnicas de caldo lactosado, caldo Mac Conkey y ágar Endo C. en el Laboratorio de Calidad de Agua de la Facultad de Ciencias Veterinarias (FCV), Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (FaCEN), ambas de la Universidad Nacional de Asunción y el Laboratorio del Centro Multidisciplinario de Investigaciones Tecnológicas (CEMIT), ubicado también en el predio del Campus Universitario.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
El tratamiento de potabilización ensayado demostró una alta eficacia. En la Tabla 2, se observa una significativa reducción en las UFC/ml, con una reducción máxima de 106 UFC/ml a 1 UFC/ml cuando el tiempo de radiación fue de 4 horas a un rango de temperatura de 24-45 °C.
La eficacia del tratamiento está fundamentada en la distribución de la radiación solar. En este contexto, analizando el comportamiento de la distribución de la intensidad de la radiación solar durante el año 2010 (Figura 5), el rango de radiación estándar recibido durante el tiempo de tratamiento durante los meses julio-agosto fue de 121-646 W/m2. Para el año 2011, el rango de radiación recibida durante el periodo durante los meses junio-septiembre fue de 160-820 W/m2 (Figura 6).
Para que la técnica provoque una reducción de órdenes de magnitud en la presencia de coliformes, se requiere una afluencia mínima de 140W/m2, teniendo en cuenta el rango de intensidad de radiación durante el tratamiento, es posible explicar la reducción de 106 UFC/mL a 1 UFC/mL observada (13).
En Paraguay, es factible la aplicación de la técnica empleando radiación solar, debido a que el promedio mensual de radiación estandar está por encima de los 140 W/m2 mínimos requeridos para que la desinfección sea efectiva (14,15).
Los resultados obtenidos han concordado con otra investigación, en la cual fue utilizado el mismo método pero empleando catalizador TiO2 inmovilizado sobre papel Ahlstrom (fabricado por Ahlstrom Research & Servises, France) lográndose la erradicación bacteriana transcurridos 90 min en el reactor CPC (Colector Cilíndrico Parabólico) con una concentración de 106 UFC /mL (11,16).
La aplicación de la técnica de Fotocatálisis Solar Heterogénea en los diferentes periodos de tiempo (2010-2011), ha demostrado la reducción considerable y en la mayoría de los casos una total desinfección del agua en un tiempo mínimo de 1,5 h de exposición a la radiación solar, no verificándose recrecimiento bacteriano en las 48 h posteriores al tratamiento.
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*Dirección para correspondencia: Prof. Dra. Lilia Ruiz Díaz - Facultad de Ciencias Veterinarias - Universidad Nacional de Asunción - Casilla de Correo N° 1061 - Ruta Mcal. Estigarribia Km 10,5- Campus Universitario - San Lorenzo- Paraguay
E-Mail: liliagruizdiaz@gmail.com
Recibido: 10 de octubre 2015 / Aceptado: 06 de noviembre de 2015
