Eliminación de contaminantes emergentes y patógenos de aguas residuales mediante procesos de bioxidación avanzada y fotocatálisis.

El suministro de agua potable es uno de los problemas más importantes que afecta a la humanidad, debido a la limitada disponibilidad de los recursos hídricos y a la contaminación provocada después de su utilización. Los denominados contaminantes emergentes, como por ejemplo los productos farmacéuticos y sus metabolitos derivado, han despertado especial preocupación debido a que no se eliminan en las estaciones depuradoras y que su naturaleza no biodegradable, hace que se produzca su bioacumulación en la cadena alimentaria. En el área de la desinfección, también existen casos de microorganismos patógenos emergentes como el Crypstosporium y Giarda que son muy resistentes a los procesos de desinfección tradicionales como la cloración y la ozonización. Estudios recientes proponen la viabilidad de procesos biológicos avanzados que proporcionen una mayor eliminación de los contaminantes químicos emergentes y la aplicación de procesos fotocatalíticos para la eliminación de contaminantes biológicos patógenos (desinfección) y de contaminantes químicos emergentes remanentes después de la depuración biológica.

[Grupo de Ingeniería Química y Ambiental. URJC]

Recientemente se ha despertado una gran preocupación por la presencia de determinados contaminantes químicos emergentes en casi todo tipo de aguas. Entre estos contaminantes están hormonas, compuestos farmacéuticos y sus metabolitos derivados, procedentes de industrias, hospitales e incluso de aguas residuales urbanas. Estos compuestos se han detectado en niveles de concentración bastante bajos (ng/L) en los efluentes de vertido de las EDAR y en aguas potables, lo que indica que no son biodegradables. Aunque aún no se conocen con certeza sus efectos, se sabe que alteran las funciones endocrinas de los organismos acuáticos y de los seres humanos, y que se acumulan en la cadena alimentaria, con los consiguientes riesgos que supone. En este sentido, cabe destacar la reciente incorporación de diclofenac, 17-beta-estradiol (E2) y 17-alpha-ethinylestradiol (EE2) en la primera lista de observación de la Comisión Europea, para recabar datos que faciliten la determinación de medidas adecuadas para afrontar el riesgo que suponen dichas sustancias.

Desde la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid, un grupo de investigadores del Departamento de Tecnología Química y Energética, Tecnología Química y Ambiental y Tecnología Mecánica, coordinan el proyecto Embiophoto financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación (2012-2014) para la eliminación de contaminantes químicos emergentes y elementos patógenos fuertemente resistentes a las técnicas habituales de desinfección, mediante procesos integrados de biooxidación avanzada y fotocatálisis. Dicho proyecto cuenta con la participación de dos grupos de investigación de reconocido prestigio en procesos fotocatalíticos de depuración de aguas (Plataforma Solar de Almería del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) y de monitorización e inactivación de microorganismos parásitos responsables de enfermedades de trasmisión hídrica (Departamento de Microbiología y Parasitología de la Universidad de Santiago de Compostela).

En el proyecto Embiophoto se ha planteado la eliminación de los contaminantes químicos emergentes en el propio tratamiento biológico mediante un sistema de bioxidación avanzada, basado en la generación de radicales oxidantes y poco selectivos, a partir de la incubación de hongos con derivados aromáticos (quinonas) y especies de hierro. Este sistema ha logrado aumentar la eliminación de diferentes fármacos como ácido clofíbrico, atenolol, cafeína carbamazepina, hidroclorotiazida, sulfametoxazol o diclofenac en comparación a los cultivos mixtos bacterianos de los procesos biológicos convencionales. Así mismo, se ha empleado la sonicación para el tratamiento de los lodos generados, incrementando la hidrólisis de la biomasa celular, y con ello, aumentar su biodegradabilidad de cara a incrementar la producción de biogás en los procesos posteriores de estabilización anaerobia.

Por otra parte, La desinfección fotocatalítica ha conseguido la inactivación de especies tales como E. coli, Legionella y Cryptosporidium, ésta última no regulada aún por el Real Decreto de Reutilización 1620/2007. Además dicho proceso fotocatalítico permite la eliminación de los contaminantes químicos emergentes residuales no eliminados completamente en el tratamiento biológico previo. La desinfección fotocatalítica ofrece interesantes ventajas frente a otras técnicas de desinfección (ozonización, cloración) como la baja toxicidad, alta estabilidad y bajo coste del fotocatalizador de TiO₂, condiciones suaves de operación (pH natural y temperatura y presión ambiente) sin necesidad de agentes químicos adicionales aparte del aire, y la posibilidad de usar luz solar como fuente de radiación.

Los resultados obtenidos en el proyecto Embiophoto han puesto de manifiesto la viabilidad de sistemas sostenibles de biooxidación avanzada acoplados con procesos fotocatalíticos con luz artificial y solar para la regeneración de aguas residuales y su reutilización con fines agrícolas, industriales o recreativas (RD 1620/2007). Además, aunque el reglamento actual no lo exija, las tecnologías desarrolladas han mostrando una alta eficacia en la eliminación de contaminantes emergentes químicos como los compuestos farmacológicos, o microorganismos patógenos como el Cryptosporidium y Giardia, muy resistentes a su eliminación en los procesos biológicos y de desinfección convencionales. A modo de resumen, en el siguiente esquema se ilustra el planteamiento de las modificaciones propuestas en el proyecto para la eliminación sostenible de contaminantes químicos o biológicos emergentes.