INTRODUCCI N

Los servicios de agua y saneamiento inexistentes, insuficientes o gestionados de forma inapropiada exponen a la poblaci n a riesgos para la salud; ya que, el consumo de agua contaminada con heces favorece la propagaci n de microorganismos pat genos, incluidos virus, bacterias y par sitos. Estos microorganismos son responsables de diversas enfermedades como el c lera, diarreas, disenter a, hepatitis A, fiebre tifoidea y poliomielitis; adem s, contribuyen a la desnutrici n infantil y al deterioro del crecimiento f sico y desarrollo cognitivo (Shannon et al., 2008; Guerrant, Deboer, Moore, Scharf, y Lima, 2013; Pichel, Vivar, y Fuentes, 2019). Se calcula que unas 842 mil personas mueren cada a o de diarrea y aproximadamente 240 millones de personas se ven afectadas por esquistosomiasis, una enfermedad grave y cr nica provocada por lombrices parasitarias contra das por exposici n a agua infestada (OMS, 2018).

La mayor a de los pat genos transmitidos por el agua se pueden eliminar f sicamente por adsorci n / filtraci n o inactivados por desinfectantes qu micos (cloro libre , di xido de cloro y ozono) y luz ultravioleta (UV) en los procesos convencionales de tratamiento de agua; sin embargo, estos m todos generan subproductos altamente t xicos, como los trihalometanos y otros compuestos cancer genos (Blanco et al. 2009); adem s, estos procesos son intensivos desde el punto de vista qu mico, energ tico y operativo, por ser sistemas que requieren de considerable capital y experiencia en ingenier a e infraestructura, lo que impide su uso masivo en gran parte del mundo (Malato et al. 2009).

Las tecnolog as de tratamiento de agua impulsadas por energ a solar son alternativas sostenibles para abordar el problema del agua ya que la luz solar est disponible gratuitamente en la tierra y los efectos combinados del calor y los rayos UV del sol inactivan a los organismos pat genos presentes en el agua. Este es el principio de la desinfecci n solar del agua (SODIS, por sus siglas en ingl s), la cual consiste en colocar agua contaminada en recipientes de pl stico o vidrio transparentes (normalmente botellas descartables (PET) de bebidas de 2 L) que se exponen al sol durante 6 a 48 h dependiendo de la intensidad de la luz solar y la sensibilidad de los pat genos (McGuigan et al., 2012; Byrne et al., 2015; Eke and Demircan 2013)

Sin embargo. existen una serie de par metros que afectan la eficacia de SODIS como son la intensidad solar, temperatura (condiciones clim ticas), el nivel y la naturaleza de la contaminaci n ya que el SODIS no tiene efecto residual, lo que favorece el recrudecimiento bacteriano algunos pat genos son m s resistentes a luz solar que otros. Un enfoque para la mejora de SODIS es el uso de la fotocat lisis (Byrne et al., 2015; Zhang et al, 2018).

La fotocat lisis solar logra una mineralizaci n completa de los contaminantes y sus compuestos intermedios sin contaminaci n secundaria, funciona a temperatura y presi n ambiente a bajos costos de operaci n (Chong et al. 2010); pero la mayor a de los estudios de degradaci n fotocatal tica realizados con suspensiones de TiO₂ en polvo fino en la soluci n contaminada, complican la filtraci n de suspensiones de part culas de titanio, adem s, se listan otras dificultades para su aplicaci n a gran escala: la optimizaci n del catalizador para mejorar el rendimiento cu ntico o para utilizar la luz visible; el dise o eficiente del reactor fotocatal tico y t cnicas de recuperaci n y/o inmovilizaci n del catalizador y mejor selectividad de reacci n (Qu et al., 2013; Borges, Hern ndez, y Esparza, 2014).

Una posible soluci n para superar estas limitaciones de las tecnolog as antes mencionadas es la combinaci n de fotocat lisis solar heterog nea, SODIS y la t cnica de adsorci n (Xing et al. 2018). Las limitaciones de TiO₂ puro, que requieren el uso de luz UV y su alta tasa de recombinaci n de electrones y agujeros fotogenerados, se pueden superar mediante la aplicaci n de un soporte adsorbente (Daghrir, Drogui, y Robert, 2013; MiarAlipour et al., 2018). Existen varios materiales que se puede utilizar como soportes para inmovilizar el TiO₂, entre ellos tenemos, vidrio, carb n activado, s lice, pol meros, piedra p mez, zeolitas, ceniza, entre otros (Srikanth et al., 2017; Yahya et al., 2018).

Por ello; en este estudio, se investig la eficiencia de desinfecci n de agua de pozo y degradaci n de materia org nica de agua residual de tratamientos por desinfecci n solar (SODIS-CPC) y fotocat lisis (TiO₂ en suspensi n [TiO2susp. - CPC], catalizador de concreto mezclado con TiO₂ [CI-CPC] y catalizador de concreto impregnado con TiO₂ [CII-CPC]) acoplado a un colector parab lico compuesto 1.15 X (CPC 1.15X) y fotorreactor de botella PET de 1.5 L.

MATERIALES Y M TODOS

Muestras de agua.

Para la evaluaci n de la desinfecci n de microorganismos pat genos, se utiliz agua procedente de pozos localizado en el Asentamiento Humano 16 de octubre en las coordenadas 6 13'4.81"S y 77 51'39.81"O; y para evaluar la degradaci n de materia org nica se utilizaron muestras de agua residual y fueron tomadas del punto con coordenadas de 6 13'25.08"S y 77 51'40.59"O de la quebrada de Santa Luc a en la cuidad de Chachapoyas.

Colector parab lico compuesto

Los colectores parab licos compuestos (CPC), es un tipo de colector de baja concentraci n que combinan algunas caracter sticas de los concentradores parab licos y los sistemas estacionarios planos. La geometr a del CPC permite que el reflector refleje la luz indirecta sobre el tubo receptor y, por lo tanto, pueda capturar la luz solar directa y difusa (Malato et al., 2009; Keane et al., 2014). En el presente estudio, se dise un colector parab lico compuesto denominado CPC 1.15 X con un receptor tubular de botella de tereftalato de polietileno (PET). El CPC 1.15 X con un ngulo de aceptaci n de 30 y un factor de concentraci n 1.15, para aprovechar 15 % m s de los rayos incidentes en la superficie del colector. Las dimensiones de la botella PET fueron de 9 cm di metro y 33 cm de longitud.

En la Tabla 1 se muestra del CPC 1.15 X. Para graficar el perfil en el plano (x, y) de colector se procedi ingresar los c digos del modelo en software de Matlab R2017a.

Tabla 1. Par metros de dise o del CPC 1.15 X

Par metro	Caracter sticas
Secci n parab lica en el plano (x,y)	,
Secci n de involuta en el plano (x,y)	,
Perfil de la circunferencia del receptor tubular en el plano (x, y)	, ,
rea del reflector	0.25 m²
rea del receptor tubular	0.09 m²

Para la construcci n del CPC 1.15 X, se imprimi el perfil del CPC en tama o de 1:1, en hoja A3, luego, en tableros de triplay con dimensiones 40 cm de ancho, 37 de longitud, 25 cm de alto y 1 cm de espesor, se realiz el trazo del CPC, seguidamente, se procedi c rtalo con una sierra cinta alrededor la curva parab lica e involuta. Estos perfiles se unieron en la parte superior con amarres de triplay de 37 cm de longitud, 5 cm de ancho y 1 cm de espesor. Para la superficie reflectora se utiliz , una plancha liza de acero galvanizado (calamina) de 2 mm de espesor, 37 cm de longitud y 70 cm de ancho, estas planchas, fueron fijadas con clavos de una pulgada alrededor de la silueta de los perfiles de triplay, adem s se coloc , dos sujetadores en la parte central del CPC para poner la botella.

Elaboraci n de bloques cil ndrico de cemento

Las dimensiones del catalizador cil ndrico fueron hechas a partir de las medidas de la botella PET, 2 cm de abertura de boca y 33 cm altura, obteniendo un catalizador de rea lateral del catalizador de 207.4 cm², rea total del catalizador de 213.6 cm² y volumen de103.7 cm³. Para la elaboraci n del molde del catalizador se cort rect ngulos de cartulina plastifica con medidas de 3.15 cm de ancho y 33 cm de longitud, estas cartulinas fueran envueltas alrededor con un tubo con di metro de 3/8 de pulgada y fijado con cinta.

En la norma E.060 del Reglamento Nacional de Edificaciones establece que cuando un concreto va a ser expuesto al agua debe tener una relaci n m xima agua: material cementante (en peso) de 0.50 y una resistencia espec fica a la compresi n de 280 kg/cm². En base esta premisa, para elaboraci n de los catalizadores, se realiz una mezcla de cemento portland tipo I, arena de r o de 0.5 4 mm de di metro y agua en proporci n de 1:2:2 respectivamente, adem s, un alambre galvanizado de 2 mm de espesor como soporte.

Impregnaci n de TiO₂ en los bloques concreto

Seg n Castro et al., (2011), di xido de titanio (TiO₂ ) con una concentraci n 70:30 anatasa: rutilo, rea superficial 55 15 m²g^-1y tama o de part cula promedio de 30 nm, tiene un alto rendimiento en los procesos de fotocat lisis. Por ello, se adquiri di xido de titanio (TiO₂) comercial (Degussa P-25) de laboratorios Pfl quer e hijos S.A.C., mientras que, la impregnaci n del TiO₂ se realiz a trav s de m todos aplicados por Shen, Burton, Jobson, y Haselbach (2012), con cantidad optima de TiO₂, en ambos m todos, de 86.1 g por metro cuadro de superficie total del catalizador.

M todo 1 (Mezcla de concreto - TiO₂): Consisti en mezclar el TiO₂con cemento, arena y agua en recipiente para luego depositar en el molde del catalizador.

M todo 2 (Deposici n de TiO₂ sobre concreto): Consisti diluir el TiO₂ en agua y luego aplicarlo sobre la superficie del catalizador.

A los catalizadores impregnados de TiO₂ por el m todo 1, se les nombro CI , y por m todo 2, CII . Se elabor 20 catalizadores en total (10 CI y 10 CII) con la mezcla de cemento, arena ya agua en proporciones mencionada anteriormente, para el caso de C-I se agreg 1.8 g de TiO₂ por catalizador a mezcla, despu s se verti en los moldes y se dej secar a 25 C de temperatura por 7 d as, con hidrataci n cada 24 horas, luego de estas condiciones, para el caso de C-II, se procedi a diluir 1.8 g de TiO₂ en 10 mL por catalizador y se aplic con un pincel sobre toda la superficie del concreto, posteriormente, se dej secar a temperatura ambiente.

A los catalizadores obtenidos por ambos m todos, se realiz el c lculo de porosidad, medida de espacios vac os en el catalizador, calculada a trav s de la masa seca (W_d) y la masa sumergida (Ws). Las propiedades de los catalizadores.

Tabla 2. Propiedades del catalizador de concreto impregnado con TiO₂

Propiedades	Catalizador CI	Catalizador CII
Peso seco (g)	300	302
Peso sumergido (g)	210	215
Volumen (cm³)	103.7	103.7
Porosidad (%)	13. 2	16.1

Instalaci n del sistema de tratamiento fotocatal tico

El sistema de tratamiento fue instalado en la ciudad de Chachapoyas (6 13'34.11"S y 77 51'51.91"O), en la direcci n norte-sur, con el lado sur levantado 30 (suma del ngulo de latitud sur de la ubicaci n del sistema m s el 29.45 de la rotaci n de la Tierra) de inclinaci n para compensar la curvatura terrestre.

Para lograr dicha inclinaci n se construy un soporte de fierro corrugado de pulgada de espesor. Las medidas del soporte fueron calculadas de acuerdo las relaciones trigonom tricas de un tri ngulo rect ngulo de 30 grados, y dimensiones base del plano inclinado de 80 cm ancho y 74 cm de longitud (superficie para instalar 4 CPC 1.15 X), adem s, se consider la altura de salpicadura de la lluvia que es de 40 cm para que no afecte a la superficie reflectante del colector.

Tratamientos

Los tratamientos aplicados para evaluar la desinfecci n de microorganismos pat genos de agua de pozo y degradaci n de materia org nica de aguas residuales fueron los siguientes:

Tratamiento SODIS CPC (T₀): consisti en exponer el agua de pozo y el agua residual a la radiaci n solar, en una botella PET trasparente de 1.5 L de volumen (receptor tubular) sobre el CPC 1.15 X.

Tratamiento TiO₂ en suspensi n CPC (T₁): Consisti en agregar TiO₂ en polvo al agua de pozo y el agua residual, con una concentraci n de 1 g L^-1, recomendado por Threrujirapapong, Khanitchaidecha, y Nakaruk (2017), luego se expuso a la radiaci n solar en una botella PET trasparente de 1.5 L de volumen (receptor tubular) sobre el CPC 1.15 X.

Tratamiento con CI - CPC (T₂): En este tratamiento, se insert el catalizador CI dentro de la botella PET trasparente de 1.5 L de volumen (receptor tubular) que conten a el agua de pozo y el agua residual, en seguida se expuso a la radiaci n solar sobre el CPC 1.15 X.

Tratamiento con CII CPC (T3): Para este tratamiento, se insert el catalizador CII dentro de la botella PET trasparente de 1.5 L de volumen (receptor tubular) que conten a el agua de pozo y el agua residual, y posteriormente se expuso a la radiaci n solar sobre el CPC 1.15 X.

Para aplicar los tratamientos se realiz el procedimiento siguiente:

Se realiz una filtraci n de agua de pozo y de agua residual.

Las botellas PET de 1.5 L, se llen los dos tercios de su volumen de agua, luego se agitar vigorosamente durante 30 segundos, en seguida se complet todo el volumen.

Para mejorar la concentraci n de los rayos solares sobre los colectores CPC 1.15X se acoplo un espejo sobre el soporte

Evaluaci n experimental

Las evaluaciones de eficiencia de desinfecci n de agua se realizaron en el mes de septiembre, en los d as 09, 12, 16 y 19; mientras que la evaluaci n de degradaci n de materia org nica se realiz entre los meses de setiembre (en los d as 23 y 30) y octubre (en los d as 7 y 12), con exposici n a la radiaci n de 8 horas desde las 8:00 am hasta las 4 pm (Figura 1).

Figura 1. Experimento de desinfecci n de agua de pozo y agua residual con los tratamientos: To (SODIS-CPC), T1 (TiO_2susp. CPC), T2 (CI-CPC) y T3 (CII-CPC).

Medici n de la radiaci n solar

La radiaci n solar fue medida cada media hora en los d as de evaluaci n, dicha informaci n fue brindada por la estaci n meteorol gica del Instituto de Investigaci n para el Desarrollo Sustentable de Ceja de Selva (INDES-CES) de la Universidad Nacional Toribio Rodr guez de Mendoza de Amazonas. Adem s, para estimar la radiaci n UV se tuvo en consideraci n que la energ a solar est compuesta por 52% de radiaci n infrarroja (> 700 nm), el 43% es radiaci n de luz visible (400 700 nm) y 5% est en el rango ultravioleta (<400 nm) (Colmenares 2019).

Medici n de la temperatura

La mediaci n de la temperatura del agua se llev a cabo con hidr metro (MODEL: 3003C), en intervalos de 30 minutos, en cada uno del tratamiento aplicados, en cambio la temperatura ambiente fue obtenida de las estaciones meteorol gicas del INDES-CES.

An lisis de los par metros microbiol gico y materia org nica

Las muestras de agua recolectas antes y despu s de la aplicaci n del tratamiento fotocatal tico, fueron rotulados y etiquetados, en frasco de vidrio esterilizado de 1 L de volumen para el agua de pozo; mientras que, las muestras de agua residual fueron tomadas en frasco de color negro de 1.5 L de capacidad para su posterior an lisis en Laboratorio de Investigaci n de Aguas y Suelos del INDES-CES.

Los par metros microbiol gicos evaluados del agua de pozo son: pH, coliformes totales, fecales y E. coli., en cambio, los par metros evaluados del agua residual son: pH, Demanda Biol gica de Oxigeno (DBO₅) y Demanda Qu mica de Ox geno (DQO).

C lculo de eficiencia

La eficiencia (% ɳ) de inactivaci n de microorganismos pat genos de agua de pozo y degradaci n de materia org nica de agua residual fue calculada por la ecuaci n (1).

(1)

Donde , es la concentraci n antes del tratamiento, y , concentraci n despu s del tratamiento.

RESULTADOS

Tratamiento de agua para consumo humano

Los principales par metros microbiol gicos del agua de pozo in situ se muestran la Tabla 3.

Tabla 3. Par metros de calidad del agua de pozo en la fuente.

Par metro	Unidad	Agua de pozo
pH	pH	5.9
Coliformes Totales	NMP/100mL	48
Coliformes Fecales	NMP/100mL	1700
E. coli	NMP/100mL	11
Estreptococos	NMP/100mL	< 1.8
Enterococos	NMP/100mL	< 1.8
Salmonella	Presencia/Ausencia	Ausencia
Vibrio Cholerae	Presencia/Ausencia	Ausencia

Inactivaci n de Coliformes totales

El tratamiento CII CPC, logro la inactivaci n de coliformes totales, en los d as 16/09/2018 y 19/09/2018 con concentraci n <1.8 NMP/100mL en ambos casos, y temperatura m xima alcanzado del agua dentro de la botella PET en el CPC 1.15 X fue de 39.6 y 40.6 C respectivamente, bajo condiciones de una radiaci n UV m xima de 44 y 41 W/m² en los d as antes mencionados (Tabla 4).

Inactivaci n de Coliformes fecales

El tratamiento CII CPC ha logrado inactivar coliformes fecales en 3 de 4 d as de evaluaci n, por su parte el tratamiento TiO₂(susp.) CPC y SODIS CPC han disminuido la concentraci n a < 1.8 NMP/100 mL en los dos ltimos d as de evaluaci n. Cada uno de los tratamientos ha tenido efecto seg n los par metros evaluados (Tabla 5).

Inactivaci n de E. coli

Los tratamientos CI CPC y CII CPC inactivaron en totalidad E. coli del agua de pozo en todos los d as evaluados con concentraci n < 1.8 NMP/100 mL. Los otros dos tratamientos tuvieron el igual efecto en los d as 16/09/2018 y 19/09/2018 disminuyendo la concentraci n de E. coli a 2 NMP/100 mL. Por otro lado, en la Tabla 6, se muestra los valores m ximos de los par metros que influyeron en la inactivaci n de E. coli, as como el rendimiento de cada uno de los tratamientos.

Tabla 4. Resultados de inactivaci n de coliformes totales seg n los tratamientos y los d as y sus par metros evaluados.

Fecha de experimento (dd/mm/aa)	Tamb._{M x} ( C)	Radiaci n (W/m²)			Tratamientos
		Radiaci n (W/m²)			SODIS CPC					TiO₂ (susp.) CPC					CI - CPC					CII CPC
		Total	IR	UV	pH	T H₂O _{M x} ( C)	Col. Total. (NMP/100 mL)	% ɳ	pH		T H₂O _{M x} ( C)	Col. Total. (NMP/100 mL)	% ɳ	pH		T H₂O _{M x} ( C)	Col. Total. (NMP/100 mL)	% ɳ	pH		T H₂O _{M x} ( C)	Col. Total. (NMP/100 mL)	% ɳ
9/09/2018	24.3	983	521	49	6.1	35.6	21	56.25	5.91		35.6	24	50.00	9.11		36.5	21	56.25	9.12		37.2	6.8	85.83
12/09/2018	25.5	1001	531	50	6.06	32.5	24	50.00	5.85		32	48	0.00	9.21		32.6	21	56.25	8.96		33.5	6.8	85.83
16/09/2018	24.2	883	468	44	6.15	37.8	6,8	85.83	6.11		37.2	6.8	85.83	9.29		38.5	17	64.58	9.21		39.6	<1.8	99.99
19/09/2018	25.1	829	439	41	6.28	37.8	6,8	85.83	6.17		36.1	6.8	85.83	9.46		38.5	17	64.58	9.57		40.9	<1.8	99.99

Tabla 5. Resultados de inactivaci n de coliformes fecales seg n los tratamientos y los d as evaluados, as , como los par metros medidos.

Fecha de experimento (dd/mm/aa)	Tamb._{M x} ( C)	Radiaci n (W/m²)			Tratamientos
		Radiaci n (W/m²)			SODIS CPC					TiO₂ (susp.) CPC					CI - CPC					CII CPC
		Total	IR	UV	pH	T H₂O _{M x} ( C)	Col. Fecal. (NMP/100 mL)	% ɳ	pH		T H₂O _{M x} ( C)	Col. Fecal. (NMP/100 mL)	% ɳ	pH		T H₂O _{M x} ( C)	Col. Fecal. (NMP/100 mL)	% ɳ	pH		T H₂O _{M x} ( C)	Col. Fecal. (NMP/100 mL)	% ɳ
9/09/2018	24.3	983	521	49	6.1	35.6	24	98.58	5.91		35.6	24	98.58	9.11		36.5	6	99.64	9.12		37.2	<1,8	99.99
12/09/2018	25.5	1001	531	50	6.06	32.5	24	98.58	5.85		32	24	98.58	9.21		32.6	6	99.64	8.96		33.5	9	99.47
16/09/2018	24.2	883	468	44	6.15	37.8	2	99.88	6.11		37.2	2	99.88	9.29		38.5	5.6	99.67	9.21		39.6	<1.8	99.99
19/09/2018	25.1	829	439	41	6,28	37.8	2	99.88	6.17		36.1	2	99.88	9.46		38.5	5.6	99.67	9.57		40.9	<1.8	99.99

Tabla 6. Resultados de inactivaci n de coliformes fecales seg n los tratamientos y los d as evaluados, as , como los par metros medidos.

Fecha de experimento (dd/mm/aa)	Tamb._{M x} ( C)	Radiaci n (W/m²)			Tratamientos
		Radiaci n (W/m²)			SODIS CPC					TiO₂ (susp.) CPC					CI - CPC				CII CPC
		Total	IR	UV	pH	T H₂O _{M x} ( C)	*E. coli* (NMP/100 mL)	% ɳ	pH		T H₂O _{M x} ( C)	*E. coli* (NMP/100 mL)	% ɳ	pH		T H₂O _{M x} ( C)	*E. coli* (NMP/100 mL)	% ɳ	pH	T H₂O _{M x} ( C)	*E. coli* (NMP/100 mL)	% ɳ
9/09/2018	24.3	983	521	49	6.1	35.6	2	81.81	5.91		35.6	2	81.81	9.11		36.5	<1.8	99.99	9.12	37.2	<1.8	99.99
12/09/2018	25.5	1001	531	50	6.06	32.5	7	36.36	5.85		32	5	54.54	9.21		32.6	<1.8	99.99	8.96	33.5	<1.8	99.99
16/09/2018	24.2	883	468	44	6.15	37.8	2	81.81	6.11		37.2	2	81.81	9.29		38.5	<1.8	99.99	9.21	39.6	<1.8	99.99
19/09/2018	25.1	829	439	41	6.28	37.8	2	81.81	6,17		36.1	2	81.81	9,46		38.5	<1.8	99.99	9.57	40.9	<1.8	99.99

Fecha de experimento (dd/mm/aa)	Tamb._{M x} ( C)	Radiaci n (W/m²)			Tratamientos
		Radiaci n (W/m²)			SODIS CPC				TiO2 (susp.) CPC				CI - CPC				CII CPC
		Total	IR	UV	pH	T H₂O _{M x} ( C)	DBO₅ (mg/L de O₂)	% ɳ	pH	T H₂O _{M x} ( C)	DBO₅ (mg/L de O₂)	% ɳ	pH	T H₂O _{M x} ( C)	DBO₅ (mg/L de O₂)	% ɳ	pH	T H₂O _{M x} ( C)	DBO₅ (mg/L de O₂)	% ɳ
23/09/2018	23.3	718	381	36	7.03	35.8	28.47	91.90	6.98	35.5	30.62	91.29	7.98	35.8	29.02	91.74	7.43	37.5	27.77	92.1
30/09/2018	24.6	940	498	47	7.51	37.4	25.13	92.85	7.1	36.5	25.13	92.85	8.05	38.0	24.33	93.08	7.71	39.5	25.13	92.85
07/10/2018	25.3	549	291	27	713	32.8	31.27	91.10	7.2	32.0	29.02	91.74	8.20	32.8	31.27	91.10	7.68	33.6	31.27	91.10
12/10/2018	23.4	998	529	50	7.52	41.1	24.33	93.08	7.8	41.0	25.53	92.74	8.42	42.5	25.13	92.85	8.12	44.5	31.27	91.10

Fecha de experimento (dd/mm/aa)	Tamb._{M x} ( C)	Radiaci n (W/m²)			Tratamientos
		Radiaci n (W/m²)			SODIS CPC				TiO₂ (susp.) CPC				CI - CPC				CII CPC
		Total	IR	UV	pH	T H₂O _{M x} ( C)	DQO (mg/L de O₂)	% ɳ	pH	T H₂O _{M x} ( C)	DQO (mg/L de O₂)	% ɳ	pH	T H₂O _{M x} ( C)	DQO (mg/L de O₂)	% ɳ	pH	T H₂O _{M x} ( C)	DQO (mg/L de O₂)	% ɳ
23/09/2018	23.3	718	381	36	7.03	35.8	38.87	90.47	6.98	35.5	33.6	91.76	7.98	35.8	33.62	91.76	7.43	37.5	39.19	90.39
30/09/2018	24.6	940	498	47	7.51	37.4	25.52	93.75	7.1	36.5	29.21	92.84	8.05	38.0	33.62	91.76	7.71	39.5	32.92	91.93
07/10/2018	25.3	549	291	27	7.13	32.8	29,21	92.84	7.2	32.0	33.62	91.76	8.20	32.8	30.12	92.62	7.68	33.6	29.21	92.84
12/10/2018	23.4	998	529	50	7.52	41.1	20.63	94.94	7.8	41.0	22.5	94.49	8.42	42.5	32.92	91.93	8.12	44.5	29.21	92.84

DISCUSI N

En los d as que se realiz la evaluaci n de los diferentes tratamientos, la radiaci n solar no super los 1000 W/m², esto debido, a que la cantidad de radiaci n incidente en la superficie depende de factores como ubicaci n, hora del d a, declinaci n e inclinaci n de la superficie de la Tierra; clima, entre otros (Colmenares 2019). La cantidad de radiaci n influye en el proceso de desinfecci n, ya que, la radiaci n infrarroja (representa el 53% de la radiaci n solar) es el responsable del incremento de la temperatura del agua, mientras que, la radiaci n ultravioleta (5% de la radiaci n solar) inhibe a los microorganismos presentes en el agua (Castro-Alf rez et al. 2017).

El tratamiento SODIS-CPC, alcanz un rendimiento de 50.0 % a 85.83 % en inactivaci n de coliformes fecales, 98 - 99 % en coliformes fecales y 36,6 % a 81.81 % en inactivaci n de E. coli, debido a que, en los procesos de desinfecci n del agua en ausencia de fotocatalizador, el l quido es a menudo transparente a la luz (muy bajo coeficiente de extinci n). En consecuencia, la tasa de desinfecci n depende de la intensidad de la radiaci n incidente, el tiempo de exposici n y la geometr a del reactor (Rizzo, Della Sala, Fiorentino, y Li Puma, 2014). La muerte bacteriana durante la exposici n solar de botellas transparentes llenas de agua contaminada se atribuye al efecto combinado de, i) los fotones UV absorbidos por las bacterias y que producen especies de ox geno reactivo intracelular que inducen da os oxidativos, y ii) un ligero aumento de la temperatura del agua (com nmente entre 25 C y 50 C) que acelera el proceso de inactivaci n bacteriana (Castro-Alf rez et al. 2017).

Los efectos sin rgicos de la radiaci n y la temperatura podr an variar en relaci n con las condiciones meteorol gicas. Seg n Amin y Han (2009), el agua en los reactores de PET sobre un soporte de papel de aluminio desinfect completamente el agua en condiciones clim ticas fuertes (temperatura m xima del agua 48 C), eliminando todos los microorganismos analizados. Marques, Gomes, Fonseca, Parreira, y Santos, (2013), experimentaron con muestras de agua de r o expuestas a 3 h de radiaci n solar en d as de clima moderado y obtuvieron un 99.9% de inactivaci n de coliformes fecales (E. coli) cuando el agua alcanz m s de 50 C (un promedio de 6 h picos de radiaci n - 685.6 W / m²), pero, observaron inactivaci n de coliformes fecales en reactores expuestos a la radiaci n solar en las mismas condiciones clim ticas en techos de asbesto. Del mismo modo, el proceso SODIS con los concentradores solares utilizados por Cavallini, Lira, Araujo, y Lima, (2018), en la regi n Sur del Estado de Tocantins Brasil tuvo una eficiencia de 100 % desinfecci n E. coli y coliformes totales en agua de pozo, en un tiempo de 4 a 6 horas con una exposici n de radiaci n solar 15960- 71646 Whm-2 (en rango 312 365 nm de longitud de onda).

La radiaci n UV recibida en tratamiento SODIS-CPC, es menor a los 50 W/m², lo cual ha sido un factor determinante en el bajo rendimiento del sistema comparado con los otros estudios, debido a que, las longitudes de onda m s destructivas para la vida microbiana est n cerca del espectro UV-A (320 400 nm), mientras que la banda espectral de 400 a 490 nm es la menos da ina. Del mismo modo, las diferencias en las tasas de inactivaci n bacteriana a temperaturas entre 12 y 40 C son insignificantes, pero la acci n bactericida se acelera al doble cuando la temperatura aumenta a 50 C, probablemente debido al efecto sin rgico entre la radiaci n y la temperatura (Blanco et al. 2009). Adem s, el agua que presenta una poblaci n de bacterias residuales despu s de SODIS, el recrecimiento podr a ocurrir dependiendo de la temperatura de almacenamiento del agua, el contenido de nutrientes del agua, el per odo de almacenamiento y el estado de las c lulas despu s de la exposici n al sol (Vivar y Fuentes 2016).

Por otro lado, en la fotocat lisis de TiO₂ hay fuertes gradientes de la irradiaci n a trav s de la profundidad del l quido penetrada por la luz debido a los altos coeficientes de extinci n de las suspensiones de TiO₂, por lo tanto, la eficiencia del proceso de desinfecci n tambi n se rige por la carga del fotocatalizador y la geometr a del reactor (Rizzo et al., 2014). Los factores mencionados anteriormente, han influido en el rendimiento del tratamiento TiO₂ (susp.) CPC, ya que, las part culas en suspensi n obstru an el paso de los rayos solar, lo cual, limitaban efecto combinado de la radiaci n UV y la fotocat lisis, ya que, el grosor ptico de la suspensi n acuosa en el reactor es el par metro que determina el uso ptimo de la energ a del fot n y afecta la tasa de desinfecci n (Castro-Alf rez et al. 2018).

Existe un amplio consenso de que la inmovilizaci n de TiO₂ en un s lido requiere m s tiempo de contacto que los sistemas de suspensi n. Sin embargo, la ausencia de una necesidad de separar el fotocatalizador es la ventaja de los sistemas inmovilizados, lo que aumenta su simplicidad en el dise o y el funcionamiento (Alrousan et al. 2012). Esto ha sido demostrado, en esta investigaci n, los tratamientos CI CPC y CII CPC, los cuales han logrado rendimiento elevados de inactivaci n de coliformes totales, fecales y la eliminaci n completa de E. coli, pero, en t rminos de pH, el agua tratada supera el rango ptimo (6.5 8.5) para el consumo humano, este en pH se debe al concreto ya al tener contacto con el agua, se desprende los compuestos alcalinos del cemento. Sin embargo, los sistemas de fotocatalizadores inmovilizados (como se informa aqu ) supera la necesidad de recuperaci n del catalizador despu s del tratamiento.

El efecto de desinfecci n de estos catalizadores impregnados por TiO₂ es debido a que la radiaci n UV con longitud de onda (320 400 nm), realiza la foto-excitaci n de TiO₂, propiciando reacciones primarias de oxidaci n o reducci n electroqu mica que involucran la transferencia de electrones del semiconductor fotoexcitado. Estas reacciones redox, en presencia de agua y ox geno, pueden resultar en la producci n de especies reactivas de ox geno (ROS, por sus siglas en ingl s), que pueden atacar e inactivar microorganismos (Mani et al. 2006). El ROS incluyen el radical hidroxilo (HO ), que ha sido sugerido para ser las especies primarias responsables de la inactivaci n de microorganismos, ani n radical super xido (O2 -), hidroperoxilo radical (HO2 ) y per xido de hidr geno (H2O2) (Vonberg et al. 2014). El ROS ataca indiscriminadamente y, por lo tanto, la aparici n de resistencia antimicrobiana a la fotocat lisis es poco probable; sin embargo, un tratamiento fotocatal tico debe ser adecuado para evitar la reparaci n y el recrecimiento de los organismos objetivo (Byrne et al., 2015; Laxma Reddy, Kavitha, Kumar Reddy, y Kim, 2017).

Por otro lado, la eficiencia de la fotocat lisis de TiO₂ en tratamiento de aguas residuales depende de las caracter sticas en la fuente, la carga del fotocatalizador, el campo de radiaci n. Las muestras iniciales de la quebrada de Santa Luc a superan los l mites m ximos permisibles establecidos por el Ministerio del Ambiente, ya que, no reciben tratamiento alguno. Los resultados de degradaci n de materia org nica, lograda los tratamientos evaluados, son eficientes que los valores obtenidos de DBO₅y DQO se encuentran por debajo de los l mites m ximos permisibles para los efluentes de una planta de tratamiento de aguas residuales, 100 mg/L de O₂ DBO₅ y 200 mg/L de O₂ DQO, establecido por el Decreto Supremo N 003-2010-MINAM.

Entre los cuatro tratamientos evaluados, se destaca el tratamiento CI-CPC y CII-CPC, ya que superan limitaciones como, la p rdida del TiO₂ (que presenta el tratamiento TiO₂ (susp.) CPC) y la degradaci n de contaminantes emergentes (dificultad presentada por el SODIS CPC), aunque esta ltima nos has sido evaluada en esta investigaci n, pero de estudios anteriores se conoce amplio el amplio rango de mineralizaci n de contaminantes por la fotocat lisis de TiO₂.

Las limitaciones de los sistemas con los catalizadores CI y CII son: (i) el tiempo de contacto (ii) el volumen total de agua a tratar; (iii) las caracter sticas f sico-qu micas del agua; (iv) el envejecimiento o la durabilidad del recubrimiento; (v) ensuciamiento de la foto-catalizador. Por lo tanto, en investigaciones futuras tienes que ser evaluados bajo estos par metros. Adem s, los indicadores de rendimiento de desinfecci n del agua de pozo, en esta investigaci n, est n basados en la inactivaci n de coliformes totales, fecales y E. coli. Sin embargo, estos indicadores no proporcionan informaci n sobre la incidencia y el comportamiento de los virus y los protozoos (Keane et al. 2014).

CONCLUSIONES

El sistema tratamiento compuesto por el CPC 115 X (factor de concentraci n solar de 1.15 y un ngulo de aceptaci n de 30 ) con superficie reflectora de plancha de acero galvanizado y receptor de botella PET de 1.5 L, ubicado en posici n norte-sur levantado la parte sur 30 para compensar la curvatura terrestre, y radiaci n solar entre los 60 y 1000 W/m², en la ciudad de Chachapoyas ha logrado tener las eficiencias m ximas con el tratamiento SODIS-CPC y el tratamiento TiO₂ (susp.) CPC, de 88.83% de inactivaci n de coliformes totales, 99.88 % de eliminaci n de coliformes fecales; as mismo, el CI - CPC (catalizador de concreto con porosidad de 13.2 %), su eficiencia fue de 64.58 % de coliformes totales, 99.67 % de inactivaci n de coliformes fecales y 99.99 % de E. coli, por ltimo, con el tratamiento CII CPC, tuvo una eficiencia de 99.99% en todos los par metros mencionados.

Las eficiencias m ximas de degradaci n de materia org nica de agua residual de los tratamientos evaluados son: SODIS CPC y CI CPC han removido un 93.08% DBO, TiO₂ (susp.) CPC y CII CPC han tenido una remoci n del 92.85 %, mientras que, la eficiencia de remoci n de DQO para el tratamiento SODIS CPC es de 94.94%; TiO₂(susp.) CPC es de 94.49 % CI CPC es de 92.62% y CII CPC es de 92.84%.

El sistema propuesto, es de bajo costo y puede operar en cualquier lugar del mundo para el tratamiento de agua; sin embargo, hay que tener en cuenta que la tasa de desinfecci n de coliformes totales, fecales y E. coli en el agua de pozo y degradaci n de materia org nica depende de la intensidad de la radiaci n incidente, el tiempo de exposici n, concentraci n de TiO₂ y la geometr a del reactor.

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[1] Instituto de Investigaci n para el Desarrollo Sustentable de Ceja de Selva, Universidad Nacional Toribio Rodr guez de Mendoza, Chachapoyas 01001, Per . Correo: wildor.gosgot@untrm.edu.pe , gomez08santillan@gmail.com, roicer.bautista@untrm.edu.pe, diana.mori@untrm.edu.pe

[2] Facultad de Ingenier a Civil y Ambiental, Universidad Nacional Toribio Rodr guez de Mendoza de Amazonas, Chachapoyas 01001, Per . Correo: marinos.lopez@untrm.edu.pe

Par metro	Unidad	Agua residual
pH	pH	6.5
DBO₅	mg/L de O₂	351.6
DQO	mg/L de O₂	408