Procesos de oxidación avanzada para la eliminación de contaminantes emergentes

El objetivo de este proyecto es realizar un estudio de viabilidad del empleo de procesos de oxidación avanzada para la eliminación de contaminantes emergentes en las aguas de salida de una estación depuradora

El proyecto está divido en cuatro fases. Una primera fase de definición del estudio y parámetros a analizar. Se evalúan los fármacos a analizar en el área de influencia de la cuenca del río Caudal, considerando el área sanitaria que queda englobada dentro de la zona de vertido. Los fármacos que se consideran en el estudio se han determinado basándose en los datos de envases facturados en el Principado de Asturias durante el año 2013.

El análisis de los fármacos se realiza en la planta de aguas residuales de Baiña, donde se recogen todas las aguas residuales urbanas e industriales (incluyendo las hospitalarias) de la cuenca del río Caudal. Se estudian las características de dicha planta y se analizan los procesos de depuración que tienen lugar en la misma.

Basándose en los contaminantes emergentes seleccionados, el estudio que se acomete en este proyecto se centra en la identificación y cuantificación de diez contaminantes emergentes de naturaleza farmacológica: alprazolam, lorazepam, bromazepam, simvastatina, atorvastatina, omeprazol, ácido acetilsalicílico, ibuprofeno, acetaminofén y tramadol.

La segunda fase aborda la metodología y el plan de trabajo que se ha considerado para la toma de muestras, considerando factores como: los métodos de muestreo, localización de los puntos de muestreo, preservación de las muestras, así como los aspectos de seguridad e higiene.

La tercera fase se centra en la caracterización y cuantificación de los fármacos, determinando los rendimientos de eliminación de estos compuestos en la planta de Baiña.

El análisis de los fármacos es un proceso complejo debido a varios factores. Entre ellos: matriz en la que se encuentran, concentraciones muy bajas y características físico-químicas muy distintas. Todo esto hace que la identificación y cuantificación de los contaminantes emergentes requiera de técnicas analíticas muy específicas con una instrumentación muy especializada.

La cuarta fase consiste en el estudio de viabilidad del empleo de procesos de oxidación avanzada para la eliminación de fármacos. Los dos tipos de procesos avanzados de oxidación que se estudian son:

• Estudio de la fotocatálisis heterogénea, mediante el uso de nanopartículas de óxido de titanio (TiO₂) dispersas en la disolución.

Importe ofertado, a cargo de contrato (IVA no incluido): 45.375,00 €

Presupuesto finalmente ejecutado: 45.375,00 €

Sistema Público de Saneamiento de la Cuenca del Río Caudal (EDAR Baiña e instalaciones asociadas).

Finalizado.

Las principales conclusiones que se obtienen de los dos procesos avanzados de oxidación utilizados para la eliminación de contaminantes emergentes y, concretamente, de ibuprofeno en el influente de la planta de Baiña son las siguientes:

• La espectrofotometría es una técnica adecuada para la monitorización de los procesos de eliminación de contaminantes emergentes como son la fotocatálisis heterogénea y el foto-Fenton homogéneo.
• La mínima concentración de ibuprofeno detectable por el espectrofotómetro es de 0,5 mg/L en la muestra y con celda de 10 mm de paso óptico para la fotocatálisis y de 1 mg/L en la muestra del influente de Baiña y con celda de 0,5 mm de paso óptico para el foto-Fenton.
• En el caso de la fotocatálisis heterogénea utilizando nanopartículas de TiO₂ como catalizador, el ibuprofeno se elimina más rápidamente al aumentar la concentración de catalizador. No obstante, transcurridas 24 h con una concentración de 10 mg/L de TiO₂ no se consigue descomponer ni el 10% del ibuprofeno inicial de la muestra. Para la completa eliminación del ibuprofeno en 24 h se requieren como mínimo 50 mg/L de TiO₂ para una concentración inicial de 20 mg/L de ibuprofeno.
• El seguimiento del proceso de fotocatálisis heterogénea en una muestra del influente de Baiña dopada con 20 mg/L de ibuprofeno indica que a pesar de que se consigue eliminar completamente el ibuprofeno en 24 h, el TOC pone de manifiesto que solamente se descompone el 40% de compuestos orgánicos que contenía la muestra inicial. Por tanto, para eliminar completamente los compuestos orgánicos se requiere más tiempo o mayor concentración de catalizador (>100 mg/L).
• El pH óptimo para la reacción de fotocatálisis es el pH original de la muestra sin modificar, aproximadamente de 6-7; la eficiencia del proceso de fotocatálisis es mayor que con pH ácido (pH 3) o básico (pH 9). Además, es más sencillo de llevar a cabo al no necesitar ningún ajuste de pH que pueda generar otros compuestos desconocidos.
• En el proceso de oxidación avanzada mediante foto-Fenton homogéneo, al aumentar la concentración de Fe(II) se acelera la reacción de degradación del ibuprofeno, y de manera más rápida cuanto mayor es la relación Fe (II)/H₂O₂. De hecho, con una concentración de Fe(II) de 25 mg/L y una relación Fe(II)/H₂O₂ de 1:30 se pueden eliminar 100 mg/L de ibuprofeno en agua UP en un tiempo de exposición a la radiación UV de 2 h. Para disminuir este tiempo bastaría con aumentar la concentración de Fe(II) a 50 mg/L y, por lo tanto, de aumentar la concentración de H₂O₂.
• Los resultados del TOC para el proceso foto-Fenton revelan que a pesar de que la tendencia de la curva es similar a la obtenida por espectrofotometría, el TOC disminuye drásticamente en las 2 primeras horas de ensayo y luego permanece constante hasta el final del ensayo (24 h), quedando un TOC de 20 mg/L que no se consigue eliminar. Puede haber ocurrido que el H₂O₂ haya reaccionado completamente y la concentración sea insuficiente para eliminar completamente los compuestos orgánicos.
• La combinación de los dos procesos de oxidación estudiados (fotocatálisis y foto-Fenton) a escala de laboratorio muestran que la velocidad de eliminación de ibuprofeno es superior a la que se obtiene en los procesos por separado. De hecho, a los 120 min se degrada el 90% del ibuprofeno inicial. Con el TOC la tendencia es la misma, y al finalizar el ensayo siguen quedando unos 17 mg/L de componente orgánico en la muestra. Esto se conseguiría eliminar ampliando el tiempo de ensayo.
• Se ha escalado la combinación de ambos procesos en un fotorreactor de 5 L, eliminándose completamente el ibuprofeno inicial de una muestra del influente de Baiña (dopada con 100 mg/L de ibuprofeno) en tan sólo 60 min.

Por tanto, se alcanzaron los objetivos previstos