Cómo eliminar contaminantes emergentes en aguas con tecnologías de oxidación avanzada

Javier ClarosPor Javier Claros 2 años publicadoSin Comentarios
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Entre otros resultados hemos conseguido la degradación de prácticamente el 100% de Clorpirifós etil, tetraciclina y dos compuestos surfactantes: 4-nonilfenol (surfactante no iónico) y dodecilbenceno sulfonato sódico (surfactante iónico). Hemos conseguido optimizar los tiempos de reacción, así como la dosis de ozono aplicada. En este post os contamos más sobre los resultados del proyecto OXAGUA.

Generalmente, las aguas residuales urbanas pueden ser tratadas mediante procesos convencionales en estaciones de depuración de aguas residuales (EDAR). Sin embargo, en algunos casos estos procesos de depuración resultan ser insuficientes para cierto tipo de contaminantes, y no se consiguen los niveles de descontaminación adecuados. 

Los criterios de vertido son más exigentes cuando el efluente de la depuradora es vertido sobre zonas catalogadas como sensibles, y cuando se pretende reutilizar el agua depurada. En aguas residuales de origen urbano e industrial es cada vez más frecuente la presencia de contaminantes catalogados como emergentes; son los contaminantes previamente desconocidos o no reconocidos como tales, y cuya presencia en el medio ambiente no es necesariamente nueva, pero sí la preocupación por sus efectos sobre el éste. 

En la actualidad, se está prestando especial interés en estudiar el destino de los contaminantes emergentes, desarrollar técnicas para su identificación y cuantificación, y desarrollar y aplicar nuevas tecnologías para su eliminación.     
 
La capacidad de las tecnologías de oxidación avanzada (TAOs) para degradar contaminantes es reconocida desde los años 70. Sin embargo, en los últimos años han cobrado protagonismo por presentar gran potencial como tratamiento de depuración de contaminantes que no pueden ser eliminados mediante sistemas convencionales.
 
Las tecnologías de oxidación avanzada (TAOs) se basan en procesos fisicoquímicos capaces de producir cambios en la estructura química de contaminantes. Estos procesos implican la generación de especies transitorias, principalmente radicales hidroxilo (OH-) y otras especies fuertemente oxidantes que son capaces de degradar materia orgánica y compuestos refractarios, como es el caso de ciertos emergentes. Las TAOs conllevan la combinación de diferentes procesos para la generación de radicales hidroxilo como la ozonización combinado con radiación ultravioleta, procesos electroquímicos, procesos fenton, radiación ultravioleta y  fotocatálisis, entre otros. 
 
Eliminación de fármacos, pesticidas y surfactantes en muestras de agua de diversa procedencia. Proyecto OXAGUA 
 
El objetivo principal del proyecto OXAGUA es el diseño y desarrollo de alternativas de tratamiento basadas en procesos de oxidación avanzada orientadas a la degradación o eliminación de tres grupos de contaminantes emergentes de amplia utilización: pesticidas, surfactantes y fármacos. 
 

¿Cuáles son las fases del proyecto?

 
1. Revisión de la problemática ambiental y sanitaria asociada a la presencia de contaminantes emergentes, y especialmente pesticidas, fármacos y surfactantes en diversas matrices de aguas en el ámbito de la Comunidad Valenciana (CV).
2. Puesta a punto y optimización de métodos de caracterización química. 
3. Diseño y desarrollo de ensayos para la degradación de contaminantes emergentes mediante procesos de oxidación avanzada basados en ozono y procesos electroquímicos. Evaluación en diversas matrices de agua.
 
¿Por qué estos contaminantes como objeto de estudio?
 
Pesticidas: Millones de toneladas de pesticidas altamente tóxicos son aplicados cada año en agricultura. Dada la relevancia del sector agrícola en España, previsiblemente los pesticidas constituyan uno de los grupos de contaminantes emergentes de mayor impacto. 
 
Se ha seleccionado el Clorpirifós-etil, insecticida de la familia de los compuestos organofosforados, ampliamente utilizado para el control de plagas en el sector hortofrutícola en el ámbito de la Comunidad Valenciana. Este pesticida está catalogado por la Environmental Protection Agency (EPA) como moderadamente tóxico (clase II). El Clorpirifós-etil se encuentra incluido en el listado de sustancias prioritarias en el ámbito de la Política de Aguas de la Unión Europea (Directiva Marco del Agua 2013/39/UE, que modifica las Directivas 2000/60/CE y 2008/105/CE en cuanto a las sustancias prioritarias en el ámbito de la política de aguas). 
 
Los surfactantes son compuestos químicos que se utilizan en la industria en múltiples sectores. Su uso es variado, pudiendo actuar fundamentalmente como humectantes, emulsionantes o dispersantes, empleándose en industrias tan diversas como la del textil, farmacéutica, papel, pintura o recubrimientos. De la amplia variedad de surfactantes empleados, los aniónicos y los no-iónicos son considerados claramente contaminantes por su alto riesgo ambiental.
 
Se han seleccionado dos surfactantes: dodecilbenceno sulfonato sódico y  4 nonilfenol, compuestos de características aniónica y no iónica, respectivamente. Ambas familias de tensoactivos han sido identificadas como de amplio uso debido a su elevado rango de aplicación en actividades de limpieza y desinfección. En la Comunidad Valenciana su presencia se ha relacionado con la mayor dureza de las aguas en esta región.   
 
Fármacos: Diferentes compuestos derivados de productos farmacéuticos y de higiene personal (PPCPs) han sido detectados en efluentes de diferentes tipos de plantas depuradoras. Ciertos fármacos han sido encontrados en mayores concentraciones que otros por lo que son considerados más recalcitrantes. A su vez, metabolitos de fármacos han sido detectados en concentraciones aún mayores que los fármacos de los que provienen, por ser más persistentes a la degradación. Algunos de estos fármacos se les han atribuido características de disruptores endocrinos, afectando al desarrollo reproductivo en mamíferos.  
 
Se ha seleccionado la Tetraciclina debido a que es un medicamento de característica antibiótica y uso frecuente en el tratamiento de un amplio espectro de afecciones de origen microbiano. A pesar de ser un compuesto no persistente, su vertido continuo sobre masas de agua y suelos supone un riesgo para la salud humana y la supervivencia de los seres vivos en general, debido a que la presencia de residuos de antibióticos en el medio favorece el desarrollo de microorganismos resistentes a su efecto antimicrobiano.
 
 La concentración de tetraciclina en el agua residual urbana no tratada es significativamente más alta que otros antibióticos. Sin embargo, los sistemas de depuración convencional no están diseñados para eliminar este tipo de contaminante, y mucho menos los metabolitos e intermediarios de sus procesos de degradación biológica y fotoquímica.
 
¿Cuáles son los procesos de oxidación avanzada empleados?
 
Se han aplicado diversos procesos de oxidación avanzada con el objetivo de evaluar la viabilidad de las diversas técnicas existentes cubriendo un amplio rango de posibilidades. 
 
AINIA centro tecnológico ha aplicado diversos procesos basados en ozono: i) ozono, ii) ozono en medio alcalino y iii) ozono combinado con radiación ultravioleta.
El Instituto Tecnológico Metalmecánico (AIMME) ha aplicado diversos procesos electroquímicos: i) electro-fenton y ii) Foto Electro-fenton.    
 
¿Cuáles son los tipos de matrices de agua sobre las que se evalúa el potencial de las tecnologías de oxidación avanzada?
 
Inicialmente se evalúo la efectividad de los procesos de oxidación avanzada sobre muestras de agua sintéticas preparadas en laboratorio. De esta forma se ha podido determinar el potencial de degradación de los procesos de oxidación avanzada sin interferencias causadas por otras sustancias. 
 
Los resultados obtenidos en todos los casos han sido satisfactorios en cuanto a degradación de los contaminantes. Asimismo, no se han detectado efectos adversos por posible presencia de compuestos intermediarios formados tras los tratamientos aplicados.
 
Las concentraciones de los contaminantes se analizaron en cada muestra tanto al inicio como al final de cada experimento. Tras cada ensayo, las muestras fueron sometidas a ensayos de ecotoxicidad aguda y biodegradabilidad.
 
La siguiente fase se ha centrado en evaluar la efectividad de los procesos de oxidación avanzada sobre matrices de agua de diversa procedencia, entre las que se encuentran matrices complejas (mezcla de contaminantes), efluentes de estaciones de depuración de agua residual y muestra procedente de cauce público.
 
Los resultados de la segunda fase experimental indican la degradación de prácticamente el 100% de Clorpirifós etil, tetraciclina y dos compuestos surfactantes: 4-nonilfenol (surfactante no iónico) y dodecilbenceno sulfonato sódico (surfactante iónico). En esta segunda fase experimental se ha consiguido optimizar los tiempos de reacción, así como la dosis de ozono aplicada. 
 
En ninguno de los casos se detectó formación de compuestos intermedios de reacción que pudieran causar toxicidad. Esto fue comprobado mediante la determinación de la ecotoxicidad a las muestras tratadas. Estamos en la última fase experimental comprobando la eficacia de los tratamientos en aguas procedentes de estaciones de depuración y cauce público.     
 
AINIA centro tecnológico y el Instituto Tecnológico Metalmecánico (AIMME) están desarrollando conjuntamente el proyecto OXAGUA. Financiado por el Institut Valencià de Competitivitat Enpresarial (IVACE), dentro de su programa de proyectos en cooperación, y por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), dentro del Programa Operativo FEDER de la Comunidad Valenciana (2007-2013). Nos está permitiendo adquirir un conocimiento amplio para desarrollar alternativas para la identificación y tratamiento de contaminantes emergentes en aguas.
 
Si le interesa el tema de contaminantes en aguas, puede leer también  estos artículos:
 
– Los primeros resultados experimentales del proyecto OXAGUA los vimos en este artículo: Nuevos avances en la degradación y eliminación de contaminantes emergentes en aguas
 
– Los antecedentes de la Directiva 2013/39/UE  y la situación del sector lo contamos en este artículo: La oxidación avanzada y sus aplicaciones para contaminantes en aguas
 
-Las ventajas de la oxidación avanzada y las aplicaciones que se pueden dar en agua  las vimos en este artículo: 5 ventajas que aporta la oxidación avanzada en el tratamiento de agua
 
– Los contaminantes emergentes y la oxidación avanzada para hacer frentes a estos contaminantes lo tratamos en este artículo: ¿Cómo hacer frente a los contaminantes emergentes de las aguas en las industrias agroalimentarias?
 
 
Si quiere más información sobre otros proyectos, líneas de investigación y servicios para el tratamiento  y depuración de aguas residuales, puede consultar este  catálogo.
 
 

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Responsable de proyectos del dpto de medio ambiente en ainia

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