Foto-Fenton solar: una alternativa rentable y eficaz para el tratamiento de contaminantes persistentes

La sertralina es un inhibidor selectivo empleado para la recaptación de serotonina. Se trata de uno de los fármacos más persistentes y se ha detectado en los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales. En este trabajo se evalúa la viabilidad del proceso foto-Fenton solar para el tratamiento de soluciones acuosas que contienen sertralina. Con el fin de optimizar el consumo de reactivos se estudió la influencia de hierro y las dosis de H₂O₂. El proceso foto-Fenton permitió reducir las dosis de reactivos necesarios, y por lo tanto el coste de operación principal asociado con este proceso, sin comprometer la calidad del efluente en términos de ecotoxicidad.

[Grupo Ingeniería Química. UAM]

La existencia de fármacos y metabolitos farmacéuticamente activos en el medio ambiente está considerada como un problema medioambiental de especial relevancia. El uso generalizado de estos compuestos ha conducido a su detección en bajas concentraciones en varios países, ya sea en plantas de tratamiento de aguas residuales, la superficie aguas, agua de mar, aguas subterráneas, sedimentos o agua potable. Las drogas y sus metabolitos son considerados contaminantes persistentes puesto que continuamente están siendo introducidos el medio ambiente, esto conduce a la exposición continua en el ciclo de vida de los organismos acuáticos. Además, el modo de acción de un fármaco se desarrolla para el tratamiento de enfermedades humanas, pero esta propiedad deseada para los pacientes puede producir un efecto adverso no deseado en dichos organismos acuáticos. El uso de inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (ISRS) ha aumentando rápidamente y se encuentran entre los antidepresivos más ampliamente distribuidos en el mundo. Existe una preocupación ambiental para este tipo de productos farmacéuticos ya que en diferentes estudios se ha confirmado su presencia en el medio acuático. La sertralina es un ISRS importante y, como muchos antidepresivos, es altamente bioactivo y resistente a la biodegradation. El principal metabolito de la sertralina, la desmetilsertralina, se ha detectado en peces en EEUU, reflejando un elevado potencial de bioacumulación.

En los últimos años, los procesos de oxidación avanzada (POA) han ganado particular atención para la eliminación de compuestos farmacéuticos¹. Entre los POAs, el proceso Fenton se ha utilizado ampliamente para la oxidación de muchos compuestos orgánicos debido a su alta eficiencia para generar radicales hidroxilo a partir de la descomposición en medio ácido de H₂O₂ mediante sales de Fe. Este es un sistema de oxidación atractivo debido al hecho de que el hierro es un elemento abundante y no tóxico y H₂O₂ es fácil de manejar y ambientalmente seguro. La oxidación Fenton puede utilizarse eficazmente para el tratamiento de micro-contaminantes como los productos farmacéuticos. Asimismo, el proceso puede mejorarse al irradiar luz con una longitud de onda entre 300 y 650 nm, lo que se conoce como proceso foto-Fenton. La luz ultravioleta/visible mejora la eficiencia del proceso produciendo más radicales hidroxilo y permitiendo la regeneración del catalizador.

Al aplicar la luz solar, mediante un simulador de radiación solar, se consiguió degradar de manera rápida y eficaz el compuesto objeto de estudio. Tal y como muestra la Figura 1, la radiación solar supuso un incremento muy significativo tanto en la velocidad de degradación como en la tasa de mineralización. Así, el proceso foto‑Fenton eliminó el 100% del COT presente en el medio de reacción tras 40 minutos de reacción, mientras que en ausencia de radiación apenas se redujo el COT en un 26 % tras 4 h.

Figure 1. Evolución del COT con el tiempo de reacción ([Sertralina]₀= 50 mg/L, [Fe²⁺]₀ = 5 mg/L, [H₂O₂]₀= 250 mg/L, pH₀=3).

Uno de los principales factores que determinan la aplicación del proceso Fenton es el consumo de reactivos. Generalmente se emplean grandes cantidades de H₂O₂ y Fe para conseguir mineralizar los compuestos de partida. En el caso de la sertralina se estudió la influencia de ambos reactivos en la eficiencia del proceso foto-Fenton pudiéndose observar que dosis de Fe superiores a 5 mg/L no condujeron a incrementos significativos en la eliminación de carga orgánica, y que simplemente empleando el 40% de la cantidad de H₂O₂ necesaria para la completa mineralización de sertralina se consiguió una reducción de COT superior al 90%. El empleo de bajas dosis de H₂O₂ permite reducir en gran medida los costes del proceso, sin embargo la toxicidad del efluente puede verse comprometida debido a la formación de productos de oxidación altamente tóxicos que no se degradan completamente puesto que no hay radicales hidroxilo presentes en el medio². Sin embargo, la degradación de sertralina con bajas concentraciones de oxidante no dio lugar a un incremento de la toxicidad del efluente, lo que pudo relacionarse con la eliminación del cloro presente en la molécula de sertralina durante los primeros momentos de la reacción.

El proceso foto-Fenton, por tanto, permitió reducir las dosis de reactivos necesarios, y por lo tanto el costo de operación principal asociado con este proceso, sin comprometer la calidad del efluente en términos de ecotoxicidad.

Referencias

1. Klavarioti M, Mantzavinos D, Kassinos D, Removal of residual pharmaceuticals from aqueous systems by advanced oxidation processes. Environ Int 35:402-17 (2009).

2. Munoz M, de Pedro ZM, Casas JA, Rodriguez JJ, Assessment of generation of chlorinated byproducts upon Fenton-like oxidation of chlorophenols at different conditions. J Hazard Mater 190:993-1000 (2011).