Eliminación de microalgas de las aguas mediante métodos físicos y químicos

Resumen

En la actualidad las floraciones de algas causan problemas diversos en los tratamientos convencionales de potabilización del agua, por este motivo, la presente tesis doctoral tiene como objetivo el estudio de la eliminación de cuatro cultivos puros de microalgas, comúnmente presentes en las aguas superficiales: Chlorella, Microcystis, Oocystis y Scenedesmus. Para llevar a cabo la eliminación de estas microalgas se investigan procesos físicos (coagulación-floculación) y procesos químicos (degradación fotoquímica y ozonización). Los cultivos puros de microalgas han sido suspendidos en matrices acuosas de agua destilada, arroyo AEMET (a su paso por el campus de Badajoz de la UEx), río Guadiana y embalse de Villar del Rey. El proceso de coagulación-floculación se llevo a cabo empleando coagulantes naturales: Acquapol C1, Acquapol S5T, Silvafloc y Tanfloc (orígen tanínico); extracto de Moringa oleifera o almidón modificado; así como el sulfato de aluminio, de origen químico. Se ha realizado un estudio en régimen discontinuo, Jar-test, en el que se ha analizado la influencia de variables en el proceso para, posteriormente, aplicarlo a un diseño de experimentos con la finalidad de determinar la relación entre las variables de estudio seleccionadas (dosis de coagulante y concentración inicial de masa algal) y encontrar un óptimo de la variable objetivo (capacidad de retirada del coagulante). Por último, y en base a los resultados obtenidos previamente, se ha hecho uso de los modelos teóricos de adsorción de Langmuir y Freundlich para explicar y definir el proceso. Finalmente, se ha realizado un estudio en régimen continuo en una pequeña instalación planta piloto, para confirmar la utilidad de los coagulantes de origen natural en el tratamiento de las aguas en un contexto de trabajo de campo. Por otra parte, se estudia la degradación de las microalgas mediante técnicas químicas. Dentro de estas técnicas de oxidación se ha estudiado el efecto de la radiación UV y del ozono sobre las microalgas. El estudio de la degradación fotoquímica de las microalgas se ha llevado a cabo empleando una lámpara monocromática de baja potencia. Se ha estudiado la influencia de la concentración inicial de masa algal, así como la presencia de aditivos (TiO2 y H2O2). Se han realizado pruebas de microscopía electrónica de barrido (SEM) para ver el efecto de la radiación UV en la estructura de las algas. Finalmente, se ha realizado un estudio cinético de cada proceso con el fin de determinar la constante cinética de fotodegradación de cada alga. El proceso de ozonización de las matrices acuosas se ha realizado en régimen homogéneo y heterogéneo. En ambos regímenes se ha estudiado la influencia de la concentración inicial de masa algal en el proceso. En el régimen heterogéneo se ha estudiado, también, la influencia de la concentración inicial del agente oxidante. De forma análoga al estudio de fotodegradación, se han realizado pruebas SEM. Con los resultados obtenidos en el estudio de la degradación de las microalgas por efecto del ozono, y haciendo uso del programa matemático MATLAB, se ha desarrollado un estudio cinético conjunto (haciendo uso de los resultados en régimen homogéneo y heterogéneo) que proporciona los parámetros cinéticos para cada una de las microalgas en cada matriz acuosa. Una vez que se han implementado cada una de las técnicas citadas, se ha realizado un estudio de secuenciación de las mismas. Así se han realizado las siguientes combinaciones de tratamiento: UV + coagulación y ozono + coagulación. Finalmente, tras estudiar la eficacia de distintos tratamientos en la eliminación o degradación de cultivos puros de microalgas suspendidas en aguas superficiales, se ha estudiado la capacidad de los diferentes agentes en la eliminación de las microalgas presentes en distintas matrices acuosas procedentes de embalses de la cuenca hidrográfica del Tajo, en la provincia de Cáceres (Alcántara, Arrocampo, Guadiloba, Gabriel y Galán, Plasencia, Valdecañas y Valdesalor). Los tratamientos de coagulación-floculación, fotodegradación y ozono se han aplicado sin modificar químicamente las matrices acuosas.