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

Comparative efficiencies of coliform bacteria inactivation in municipal wastewater by photolysis (UV) and photocatalysis (UV/TiO₂/SiO₂). Case: treatment wastewater plant of Salamanca, Spain

J.C. Pantoja-Espinoza¹, J.B. Proal-Nájera¹*, M. García-Roig², I. Cháirez-Hernández¹ y G.I. Osorio-Revilla³

¹ Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional-Unidad Durango, IPN. (Calle Sigma 119. Fracc. 20 Noviembre II, Durango, Dgo., México, 34220. *Autor para la correspondencia. E-mail: joseproal@hotmail.com, Tel. (52) 618-1341781, Fax (52) 618-8144540.

³ Depto. de Ing. Bioquímica, ENCB, IPN. Prol. de Carpio y Plan de Ayala s/n. Col. Sto. Tomás, D.F., México, 11340.

Recibido 8 de Agosto 2014
Aceptado 13 de Enero de 2015

Resumen

Se inactivaron bacterias Escherichia coli y coliformes totales presentes en efluentes municipales tratados biológicamente mediante fotólisis (radiación UV-C), así como por fotocatálisis heterogénea (UV-C/TiO₂/SiO₂), utilizando 50 L de muestra del efluente, recirculados en un caudal de 1000 L/h en un fotorreactor UV, durante 150 min de reacción y temperatura constante. En cada experimento se tomaron muestras a diferentes tiempos y se contaron las unidades formadoras de colonias, determinando la cinética de inactivación de las bacterias mediante la aplicación de un diseño factorial 2x2 con covariable y mediciones repetidas. Las constantes de velocidad de inactivación de bacterias coliformes obtenidas por ambos procesos, fotólisis y fotocatálisis, indican la eficiencia en tiempos cortos de la inactivación total de E. coli y de coliformes totales. El análisis de varianza muestra significancia (p < 0.05) para el efecto del Proceso Avanzado de Oxidación, las bacterias y la covariable (unidades formadoras de colonias iniciales). La comparación de las constantes de velocidad de inactivación de bacterias en tiempos cortos de tratamiento, obtenida por la prueba t-Student, demostró que la fotólisis y la fotocatálisis heterogénea presentan diferencias significativas (p < 0.05), permitiendo a ambas cumplir con la normatividad Española, referida para E. coli.

Palabras clave: análisis ANOVA, constante de velocidad, fotocatálisis, TiO₂/SiO₂, E. coli.

Photolysis (UV-C radiation) and heterogeneous photocatalysis (UV-C/TiO₂/SiO₂) were used to inactivate E. coli and total coliform bacteria in biologically treated municipal wastewater. A 50 L sample was used with a recirculation rate of 1000 L/h through a UV photo reactor for 150 min reaction time, at a constant temperature. Samples were taken at different time intervals from each experimental run, then the colony forming units were counted, and the inactivation kinetic reaction was determined in a 2x2 factorial design with co-variable and replicates. The inactivation rate constants for coliform bacteria obtained in both processes, photolysis and photocatalysis, showed total E. coli and total coliform bacteria inactivation in short reaction times. ANOVA (p < 0.05) showed a significant effect for the Advanced Oxidation Process, bacteria and the co-variable (initial colony forming units). Comparison of the bacteria inactivation constant rates in short treatment times, obtained by t-Student test, demonstrated that photolysis and heterogeneous photocatalysis showed a significant difference (p < 0.05), allowing both techniques to fulfill the Spanish regulations for E. coli.

Key words: ANOVA analysis, rate constant, photocatalysis, TiO₂/SiO₂, E. coli.

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Agradecimientos

El primer autor agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) por el otorgamiento de las becas nacional y mixta, a la Coordinación de Cooperación Académica del Instituto Politécnico Nacional (CCA-IPN) y al Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico del Agua (CIDTA) de la Universidad de Salamanca, España, por los apoyos en el desarrollo del presente trabajo. El autor correspondiente agradece a la Secretaría de Investigación y Posgrado del Instituto Politécnico Nacional (SIP-IPN), por el apoyo brindado a través de los Proyectos financiados SIP: 20110513, 20130837 y 20140859.

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