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Una tesis doctoral desarrollada en la PSA-CIEMAT, premio extraordinario de la Universidad de Almería

 

05/03/2021

Energías renovables y ahorro energético

La tesis "Desarrollo y aplicación de procesos fotoquímicos y fotocatalíticos para la desinfección, descontaminación y reúso de aguas procedentes de la industria de IV Gama", defendida por la ya doctora Leila Samira Nahim Granados, y desarrollada en la Plataforma Solar de Almería, PSA-CIEMAT, bajo la dirección de la Dra. M.ª Inmaculada Polo López, investigadora de dicho centro, y del profesor José Antonio Sánchez Pérez, de la Universidad de Almería, ha sido propuesta para recibir el premio extraordinario de doctorado que otorga la Universidad de Almería.

La importancia de esta tesis está ligada a la situación actual en el contexto mundial de escasez de agua dulce y el alto consumo de recursos hídricos del sector agrícola. Frente a esta situación, una de las posibles soluciones es la recuperación de aguas residuales de ese mismo sector, procedentes de industrias agroalimentarias que, tras su regeneración puedan volver a ser utilizadas; en este estudio se ha considerado más concretamente la industria de la cuarta gama (que se corresponde con la comercialización de frutas y hortalizas listas para su consumo en crudo, con un mínimo procesamiento a nivel industrial que suele limitarse a lavado, troceado y envasado). El problema es que esta industria de IV Gama ha experimentado un fuerte incremento en los últimos años y ello lleva asociado un alto consumo de recursos hídricos de alta calidad (se estima que se utilizan 40 m3 de agua potable por tonelada de producto) y que actualmente se liberan a los cauces normales. Además, en paralelo, hay un aspecto a considerar que tiene una alta importancia al estar hablando de productos de consumo humano, que es la transmisión de patógenos, y que, en el caso de contaminaciones o fallos en el proceso de tratamiento de esos productos puede derivar en enfermedades e infecciones en ocasiones de alta gravedad, por ello, el tratamiento de desinfección del agua de lavado es un proceso fundamental en esta industria.

El principal tratamiento utilizado en la industria de IV gama es la cloración, por su bajo coste y alta eficiencia para el control de microrganismos patógenos. No obstante, entre los productos contaminantes, se encuentran no solo los de origen microbiológico, sino también están presentes los microcontaminantes orgánicos (MCO), principalmente plaguicidas, que no se eliminan con la cloración. Además, la cloración puede conllevar la potencial generación de subproductos de desinfección también tóxicos derivados de la reacción de cloro con materia orgánica presente en el agua de lavado de los vegetales. Estas circunstancias hacen que sea muy importante encontrar alternativas para el tratamiento de este tipo de agua residual que permita una adecuada descontaminación química y microbiológica, y considerando además su posible reutilización para otras actividades como riego en agricultura, lo cual permitiría la reducción de la huella hídrica de la industria y la mejora del ciclo peri-urbano del agua.

El objetivo general de esta tesis ha sido estudiar y evaluar la capacidad de tratamiento agua residual de lavado de la industria de IV gama mediante varias tecnologías solares (foto-Fenton solar y H2O2/solar) y un proceso convencional (ozonización) con objeto de alcanzar los límites de calidad establecidos en las regulaciones de reutilización de agua residual en agricultura. Para ello, se han seleccionado y monitorizado simultáneamente dos bacterias patógenas humanas como modelos de contaminación microbiana transmitida por alimentos (Escherichia coli O157:H7 y Salmonella enteritidis) y una mezcla de ocho MCO (atrazine, azoxystrobin, buprofezin, imidacloprid, procymidone, simazine, thiamethoxam y terbutryn) como modelos de contaminación química (pesticidas) durante todos los tratamientos evaluados.

A lo largo del periodo de investigación de esta tesis, la Dra. Nahim llevó a cabo numerosos planes experimentales enfocados a dar respuesta al objetivo general previamente establecido. Cabe destacar, entre ellos, la realización de una receta sintética de agua de lavado de IV gama para comparar (bajo condiciones controladas) las eficiencias de todos los tratamientos de agua propuestos. En cuanto a los tratamientos, investigó la eficiencia del proceso foto-químico basado en el uso de H2O2, proceso de foto-Fenton solar, y como novedad utilizó un micronutriente (Fe3+-EDDHA) utilizado en agricultura como fuente de hierro para evitar la clorosis férrica en plantas y que se utilizó en esta tesis por primera vez para realizar el tratamiento de foto-Fenton  a pH neutro, todo ello comparado con el proceso convencional de ozonización analizando de manera simultánea la inactivación microbiana y la degradación de MCO. Además, una vez establecidas las mejores condiciones de aplicación de cada uno de los procesos para el tratamiento del agua residual a escala pre-industrial (reactores solares CPC), llevó a cabo un estudio de reutilización en vivo del agua tratada utilizando dos tipos de cultivo modelo de la industria de IV gama, lechuga y rábano, y analizando tras el periodo de cultivo (1.5-3 meses de riego), la transferencia tanto de las bacterias como de los MCO analizados en esta tesis doctoral, desde el agua tratada a los tejidos vegetales receptores de dicha agua.

Como principales conclusiones derivadas de este completo y profundo estudio experimental, se puede resaltar que el proceso combinado de H2O2 con luz solar es un tratamiento prometedor para su aplicación en agua residual de lavado de la industria de IV gama como alternativa a la actual cloración, dado su elevada eficiencia obtenida para el control microbiano utilizando bajas concentraciones de oxidante (20 mg/L). No obstante, la combinación de Fe3+-EDDHA con H2O2 y luz solar natural, mostró los mejores resultados en cuanto al tratamiento global del agua (considerando inactivación bacteriana y degradación de MCO), con la ventaja añadida de ser un proceso donde se re-valoriza el micronutriente utilizado en agricultura, y que además éste demostró no perder ninguna de sus propiedades durante el tiempo de iluminación. Los resultados obtenidos revelan que este proceso solar no solo tiene la capacidad de eliminar con alta eficiencia la contaminación microbiana alcanzando los límites establecidos en las regulaciones española y europea para calidad de agua para reutilización en agricultura, sino que además elimina el riesgo para la salud humana al consumir vegetales crudos regados con este tipo de agua tratada.


Fotografías:

Fotografía 1. Samira en el invernadero experimental instalado en la PSA durante el riego de plantas de lechuga con agua residual de IV gama tratada.

Fotografía 2. Reactor CPC(Colector Parabólico Compuesto) de color rojo intenso debido a la presencia del micronutriente Fe3+-EDDHA en el agua, en una instalación de la Plataforma Solar de Almería.

Fotografía 3. Invernadero experimental instalado en la PSA-CIEMAT donde se cultivan los vegetales para su análisis tras ser regados con el agua tratada.

Una tesis doctoral desarrollada en la PSA-CIEMAT, premio extraordinario de la Universidad de Almería Una tesis doctoral desarrollada en la PSA-CIEMAT, premio extraordinario de la Universidad de Almería Una tesis doctoral desarrollada en la PSA-CIEMAT, premio extraordinario de la Universidad de Almería