Photovoltaic and photochemical hybrid system for water treatment

Resumen

La falta de acceso a agua potable y electricidad es uno de los principales retos a los que se enfrenta la sociedad actual, una sociedad con al menos 1.800 millones de personas sin acceso a agua potable, ubicadas en su mayoría en zonas rurales de países en vías de desarrollo que también presentan un acceso limitado a la electricidad. A pesar de que las tecnologías convencionales para potabilizar agua son eficaces, presentan inconvenientes que limitan su utilización a nivel global, de forma que hoy en día no existe una solución óptima para desinfectar agua a bajo coste, bajo consumo energético, alta aceptación social y bajo impacto ambiental y que sea accesible a toda la población. Con el objetivo de desarrollar nuevos sistemas que ayuden a paliar esta situación, esta tesis se centró en el desarrollo y estudio de una nueva tecnología híbrida para la desinfección de agua y la generación simultánea de electricidad (SOLWAT) basada en el uso exclusivo de la radiación solar y que incrementa la eficiencia total de conversión de la energía procedente del sol utilizando cada parte del espectro para aquellos mecanismos en los que es más eficiente. Este estudio se combinó con la evaluación del sistema convencional de desinfección solar (SODIS) (utilizando botellas de plástico PET) y el estudio de la contribución de la luz UV y los componentes térmicos a la inactivación de las bacterias. Finalmente, también se incluyó un estudio sobre el estado actual de acceso al agua potable y los riesgos sanitarios asociados en los campamentos de refugiados saharauis como posible lugar para su implementación. Los resultados obtenidos confirmaron que la tecnología SOLWAT integra las funciones de desinfección solar de agua y generación de energía fotovoltaica en un único sistema que presenta mayor eficiencia de desinfección que los sistemas SODIS convencionales. Por otro lado, los resultados eléctricos mostraron que la producción eléctrica no se ve afectada por el reactor de desinfección de agua situado encima del módulo fotovoltaico, debido fundamentalmente a la menor temperatura de funcionamiento del módulo integrado en el sistema híbrido a pesar de la leve reducción de la irradiancia recibida. Además se demostró que el proceso SODIS es altamente dependiente de la temperatura del agua, indicando que las condiciones ideales de operación para el sistema SOLWAT y el tratamiento SODIS serían operar bajo altos niveles de radiación UV y temperatura ambiente o a baja temperatura ambiente combinada con altos niveles de radiación UV, siendo las peores condiciones de funcionamiento las que se corresponden con temperaturas suaves (que conllevan temperaturas de agua coincidentes con el óptimo de crecimiento de los microorganismos patógenos) y niveles de radiación UV medios o bajos. Por último, el presente estudio confirma la viabilidad de la tecnología desarrollada para contribuir a paliar la falta de acceso a agua potable y electricidad, la cual también podría ser utilizada para el tratamiento de aguas residuales de efluentes industriales y urbanos, especialmente en tratamientos terciarios mediante una tecnología ni química ni energéticamente dependiente. Por lo tanto, considerando los riesgos de contaminación microbiológica detectados en los abastecimientos de agua potable de los campamentos de refugiados saharauis y teniendo en cuenta las condiciones de irradiancia del desierto del Sáhara con altos niveles de radiación UV y temperatura ambiente, podría ser una tecnología apropiada para ser implementada a nivel doméstico y/o comunitario.