Tratamiento de aguas contaminadas con Triclosan mediante reactivo Fenton

El triclosán es un bactericida ampliamente utilizado, en otros, en productos cosméticos. Su presencia en las aguas residuales supone un riesgo ya que puede dar lugar a la formación de dioxinas por descomposición fotocatalítica. Entre las posibles alternativas, el reactivo Fenton se presenta como una alternativa eficaz para su eliminación.

[Grupo Ingeniería Química UAM]

Los contaminantes emergentes son compuestos presentes en numerosos fármacos y productos de cuidado personal como jabones, cosméticos, etc. Su extendido uso favorece su vertido al medio acuático, lo que representa un riesgo para la salud y el medio ambiente ya que son tóxicos, persistentes y bioacumulables. El triclosán (5-cloro-2-(2,4-diclorofenoxi)fenol) es un bactericida incluido dentro de este grupo de contaminantes cuya presencia en las aguas residuales, incluso en bajas concentraciones, supone un riesgo ya que puede dar lugar a la formación de dioxinas por descomposición fotocatalítica [1]. Entre las posibles técnicas para su eliminación, el reactivo Fenton se presenta como una alternativa interesante, ya que se trata de uno de los Procesos de Oxidación Avanzada (POA´s) más efectivos y económicos [2].

El objetivo del presente trabajo es analizar la influencia de las condiciones de operación en la eliminación de triclosán mediante reactivo Fenton evaluando la eficacia del proceso en términos de reducción de la ecotoxicidad del agua tratada.

La oxidación de triclosán (10 mg/L) mediante reactivo Fenton se llevó a cabo en un reactor de vidrio tipo tanque agitado de 500 mL. La temperatura y la velocidad de agitación (700 rpm) fueron controladas mediante una placa agitadora/calefactora con un termopar acoplado y el pH se ajustó a 3 con HNO3 (0,1 M) en todas las reacciones.  Se utilizó una baja dosis de hierro (1 mg/L) con el objetivo de poder analizar la naturaleza de los intermedios y la cinética de la reacción. Se analizó la influencia de la dosis de H2O2 en la evolución de la reacción a 25, 35 y 50 ºC, para lo cual ésta se varió entre el 20 y el 100 % de la cantidad estequiométrica (5-25 mg/L) necesaria para oxidar completamente el triclosán a CO2 y H2O.

Los intermedios de reacción fueron analizados y cuantificados mediante HPLC,  CG/MS y cromatografía iónica. El contenido en carbono orgánico total de las muestras se determinó mediante un analizador de carbono (Shimadzu) y la ecotoxicidad de la disolución inicial de triclosán y de los efluentes de reacción fue analizada mediante un ensayo estandarizado (ISO 11348-3).

En todos los casos el triclosán fue completamente oxidado por el reactivo Fenton. El incremento de temperatura y de la dosis de H2O2 provocó un aumento importante de la velocidad de reacción, alcanzándose la eliminación completa del contaminante en menos de 5 min cuando se emplearon las condiciones de operación más severas (50 ºC y dosis estequiométrica de H2O2).

La evolución de la concentración de triclosán se ajustó a un modelo de primer orden. En la Tabla 1 se recogen los valores de las constantes cinéticas y los coeficientes de correlación (r2) obtenidos en las diferentes condiciones estudiadas. A partir de las constantes cinéticas obtenidas con la concentración estequiométrica de agua oxigenada se obtuvo una energía de activación de 26,5 kJ/mol.

Los principales intermedios aromáticos detectados en la oxidación de triclosán fueron la hidroquinona de triclosán y el 2,4-diclorofenol, aunque también se detectaron trazas de clorocatecoles y diclorobencenodioles. La oxidación de dichos compuestos, con la consiguiente liberación de cloro y apertura del anillo aromático, condujo a la formación de diversos ácidos orgánicos de cadena corta: maleico, malónico, oxálico, acético y fórmico. En los primeros instantes del proceso de oxidación se obtuvieron pequeños descuadres en los balances de carbono y cloro (~10 %) probablemente debido a los diclorobencenodioles y clorocatecoles que no pudieron ser cuantificados. Tras estos momentos iniciales, se alcanzó un cumplimiento de dichos balances superior al 95 % al oxidarse los compuestos aromáticos a ácidos orgánicos de cadena corta y cloruro.

La naturaleza bactericida del triclosán hizo que la disolución inicial presentara una elevada toxicidad (EC50 = 0,25 mg/L). La evolución de la ecotoxicidad a lo largo de la reacción estuvo fundamentalmente condicionada por la presencia de triclosán en el medio,  aunque los intermedios aromáticos también contribuyeron significativamente a la misma, ya que las unidades de toxicidad obtenidas a lo largo del proceso fueron superiores a las esperadas para la concentración de triclosán residual (Figura 1). No obstante, todos los intermedios fueron eliminados, incluso en las condiciones de concentración de agua oxigenada inferiores a la estequiométrica, dando lugar a ácidos orgánicos de cadena corta, que no presentaron ecotoxicidad.

Tabla 1. Parametros cinéticos (H2O2 esteq/1 mg/L Fe)

T (ºC) k (min-1) r2
25 0,298 0,939
35 0,378 0,987
50 0,675 0,936

 

Figura 1. Evolución de la ecotoxicidad durante la oxidación de triclosán  (35 ºC).

En conclusión, el proceso Fenton es efectivo para la eliminación de triclosán incluso en las condiciones de operación menos severas. Los compuestos intermedios formados durante la reacción no son refractarios al proceso, pudiéndose reducir la ecotoxicidad del agua tratada en más de un 95 %.

BIBLIOGRAFÍA

[1] D. E. Latch, J. L. Packer, W. A. Arnold, K. Mcneill. J. Photochem. Photobiol., A 158 (2003) 63-66.

[2] E. Neyens, J. Baeyens, J. Hazard. Mater. B98 (2003) 33–50.

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