IMPLEMENTACIÓN DE UN FOTO-REACTOR DE BAJO COSTO CONSTRUIDO CON MATERIALES ACCESIBLES Y DE FÁCIL TRANSFERENCIA TECNOLÓGICA, PARA ELIMINAR ARSÉNICO, EN EL CAMPUS UPB-COCHABAMBA
Antecedentes:
Objetivo FASE II:
En esta fase se diseñará y probará diferentes geometrías de colectores de radiación solar UVA (Método RAOS), basados en elementos comerciales y de bajo costo, para la implementación de un sistema de flujo continuo de tratamiento de aguas contaminadas con As. Adicionalmente se diseñará un sistema de filtraje innovador que por sus características también remueve el As de aguas contaminadas por este elemento de manera eficaz.
Se implementará un sistema de remoción de flujo continuo, compuesto por el foto-reactor solar y el sistema de filtraje en el campus UPB-Cochabamba, se realizarán pruebas de funcionamiento, eficacia del sistema en diferentes condiciones de radiación solar y se cuantificará el volumen de agua tratada que deberá llegar a la norma boliviana (10μgr/L).
Actividades de la Fase II:
Las actividades principales de esta fase son:
- Diseñar, construir e instalar un foto-reactor de flujo continuo para el tratamiento de aguas contaminadas con As en el campus UPB-Cochabamba.
- Realizar pruebas de funcionamiento, optimizar el sistema de recolección solar UVA a través del uso de diferentes geometrías de recolección.
- Diseñar, construir e instalar un sistema de filtraje eficaz de flujo continuo para el tratamiento de aguas contaminadas con As en el campus UPB-Cochabamba.
- Realizar pruebas de funcionamiento, optimizar el sistema de filtraje e interconectarlo al foto-reactor solar UVA.
Diseño y construcción de colectores solares con materiales accesibles:
Se definió el diseño y construcción de tres tipos de colectores solares: Colector parabólico, colector circular y colector de tipo Fressnel.
Colector parabólico:
Colector tipo Fressnel:
Pruebas de remoción de As en configuración Batch:
Se realizaron actividades de prueba con los tres colectores construidos para verificar su efectividad de recolección solar UVA, los tres colectores fueron recubiertos inicialmente con papel aluminio convencional, que es un buen reflectante de la radiación UVA solar. Se realizaron pruebas batch y se determino experimentalmente que el colector mas eficaz es el de tipo Fressnel.
Las pruebas preliminares en esta configuración se realizaron con tubos de acrílico que tienen una transmisión del orden de 86% para λ=300-400 nm. Se observó un incremento en la temperatura del agua contenida en los tubos de T=51°C (colector parabólico), T=52°C (colector circular) y T=53,5°C (colector Fressnel) en 45 minutos de irradiación solar UVA de 59,1 W/m², el área de recolección para estos prototipos fue de 1 m².
De las pruebas realizadas, se concluye que el colector a ser utilizado en el desarrollo de la planta de tratamiento sera el de tipo Fressnel.
Diseño de una plataforma para la instalación del sistema de recolección solar (foto-reactores):
Definida la configuración mas efectiva de recolección solar UVA entre las propuestas, se procede a diseño de una plataforma para la puesta en marcha del sistema solar de flujo continuo, este se ubicara en el techo de la cafetería del campus UPB-Cochabamba.
Inicio de la construcción de la plataforma del sistema de recolección solar (foto-reactores):
La plataforma diseñada para poder albergar a 6 foto-reactores se empezó a construir y ensamblar el 20 de marzo de 2019, en función al diseño mecánico propuesto, el área total de la plataforma permitirá que se emplacen los 6 colectores y se tenga espacio para el manejo y mantenimiento del sistema, haciendo un total de 36 m².
Diseño de la estructura de los foto-reactores:
Los colectores solares modulares del tipo Fressnel, que conformarán el sistema de foto-reactores, están diseñados para concentración solar UVA de un área efectiva de 2m², se instalarán 6 colectores de este tipo, que en total el sistema tendrá un área efectiva de 12 m² de recolección solar UVA.
Inicio de la construcción de los foto-reactores:
Los foto-reactores solares con el diseño final se empezaron a construir y ensamblar el 4 de marzo de 2019, en función al diseño mecánico propuesto, cada colector solar tendrá un área de recolección solar efectiva de 2 m².
Los fotocolectores de radiación solar UVA fueron instalados en el techo de la cafetería de en los predios de la Universidad Privada Boliviana en Cochabamba, Bolivia.
Diseño de un sistema de filtraje eficaz de flujo continuo para el tratamiento de aguas contaminadas con As:
El sistema de recolección solar UVA (método RAOS) estará conectado en serie con un sistema de filtraje especial, el cual esta conformado por un tanque de almacenaje de agua de pozo (tanque de aireación) en esta parte se realiza la dosificación de Fe, esta agua posteriormente se bombea a través de dos filtros especiales, que posteriormente van a el tanque de agua filtrada. Posteriormente esta agua tratada se bombea a un sistema convencional de microfiltros, donde se tiene la opción de conectar este sistema con los foto-reactores. En la fotografía se observa los avances del proceso de instalación del sistema de filtraje.
Principio de Funcionamiento de RAOS y filtraje lento:
El sistema consta de dos procesos que contribuyen cada uno a la remoción de arsénico:
- El proceso de Remoción de Arsénico asistida por Oxidación Solar (RAOS) y
- la filtración lenta en filtro de arena recubierta con óxido de hierro (IOCS, por sus siglas en inglés)
El primero se lleva a cabo en foto-colectores solares de flujo continuo (que constituye la innovación tecnológica), donde el agua aireada con dosis apropiadas de una sal ferrosa (fuente de hierro) y una fuente de citrato (puede ser gotas de jugo de limón), se expone a la radiación solar UVA concentrada varias veces, por la geometría del fotocolector. En esta banda de longitud de onda, los fotones de alta frecuencia propician la formación de radicales libres de alto poder oxidante, que oxidan al Fe(II) a Fe(III) favoreciendo la formación de precipitados de hidróxido de hierro sobre cuya superficie se adsorbe el As(V) que también ya ha sido oxidado desde As(III) por los mismos radicales libres. De esta manera, al arsénico migra de la fase liquida a la fase sólida (micro flóculos de hidróxido de hierro) que luego se separan por filtración.
De manera complementaria o cuando no hay radiación solar, en el segundo proceso de filtración IOCS, también el As(III-V) se adsorben sobre la superficie de oxido férrico que se forma sobre la arena de cuarzo en forma de capas por oxidación de Fe(II) a dosis apropiadas de la misma sal ferrosa. Este proceso ha sido desarrollado por la UNESCO IHE y probado a escala domiciliaria y a mayores escalas en la primera década de este siglo.