Nanoburbujas de ozono (O₃)

Qué hacen las nanoburbujas de ozono

Las nanoburbujas de ozono son un tratamiento oxidante. Combinan el ozono, un oxidante fuerte, con la estabilidad física de las nanoburbujas, lo que las convierte en un POA (proceso de oxidación avanzada). La química hace el trabajo: el ozono y los radicales que forma oxidan los contaminantes y las células microbianas. La física mejora la entrega: la nanoburbuja lleva más ozono al agua y lo mantiene allí durante más tiempo.

Mecanismo: radicales hidroxilo

Cuando las NB-O₃ colapsan, ya sea por un estímulo externo o por autodescomposición, generan ERO (especies reactivas de oxígeno), principalmente el radical hidroxilo (•OH). El radical hidroxilo tiene un potencial de oxidación mayor que el del ozono molecular, 2,80 V frente a 2,07 V, y reacciona de forma no selectiva. Por eso puede degradar compuestos orgánicos recalcitrantes Takahashi et al., 2007; Hu & Xia, 2018.

Transferencia de masa: por qué importa el tamaño de la burbuja

Las burbujas grandes suben y estallan rápidamente, de modo que buena parte de su ozono abandona el agua. Las NB-O₃ tienen una alta superficie específica y baja flotabilidad, lo que prolonga su tiempo de residencia y aumenta la transferencia de masa del ozono hacia el líquido Fan et al., 2020; Khuntia et al., 2012.

Hortalizas y agua de peces: reducciones medidas

• Residuos de plaguicidas: las microburbujas de ozono redujeron los residuos del plaguicida fenitrotión en hortalizas más que el lavado convencional Ikeura et al., 2011.
• Patógenos de peces: en agua dulce, el tratamiento con nanoburbujas de ozono redujo las bacterias patógenas de peces evaluadas, y los autores informaron que era seguro para la tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus) Jhunkeaw et al., 2021. El mecanismo propuesto es un estrés oxidativo que daña las membranas de las células microbianas.

Tratamiento de agua: contaminantes recalcitrantes

• Fármacos: en una planta de tratamiento de aguas residuales a escala real, un sistema de MNB-O₃ usado como tratamiento terciario removió el 99 % del ibuprofeno, con dosis de ozono y costos de energía menores que la ozonización convencional Ponce-Robles et al., 2023.
• Colorantes y compuestos orgánicos: las micro-nanoburbujas de ozono degradaron contaminantes orgánicos en aguas residuales, entre ellos el colorante azoico naranja de metilo. Los autores atribuyeron la remoción más rápida a una mayor solubilidad del ozono combinada con la generación de radicales Xia & Hu, 2018.
• Aguas subterráneas: en estudios de remediación de aguas subterráneas, la remoción de tricloroetileno (TCE) y benceno superó el 99 %, lo que los autores vincularon con la capacidad de las nanoburbujas para penetrar en la matriz del suelo Hu & Xia, 2018; Cao & Hu, 2023.

Cómo se compara el ozono con otros gases

El ozono se elige cuando el objetivo es la oxidación. Las nanoburbujas de oxígeno se eligen para elevar el oxígeno disuelto destinado a la respiración, aunque también pueden asistir procesos de oxidación: un estudio usó nanoburbujas de oxígeno, no de ozono, para potenciar la fotodegradación con luz visible del antibiótico oxitetraciclina Wang et al., 2020. Frente a la ozonización convencional, el resultado a escala real con ibuprofeno descrito arriba usó menos ozono y menos energía. La combinación del ozono con la cavitación hidrodinámica se trata en Combinación de gases y cavitación.