{"id":133559,"date":"2018-03-06T13:57:47","date_gmt":"2018-03-06T12:57:47","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/?p=133559"},"modified":"2018-03-06T13:58:35","modified_gmt":"2018-03-06T12:58:35","slug":"nuevo-sistema-biologico-de-bio-oxidacion-avanzada-para-la-eliminacion-de-farmacos-en-aguas-residuales-urbanas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/2018\/03\/06\/133559","title":{"rendered":"Nuevo sistema biologico de bio-oxidaci\u00f3n avanzada para la eliminaci\u00f3n de f\u00e1rmacos en aguas residuales urbanas"},"content":{"rendered":"

Investigadores del Grupo de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica y Ambiental, dentro del proyecto REMTAVARES de la Comunidad de Madrid, y del proyecto MOTREM de la convocatoria europea Water JPI, han propuesto y probado con \u00e9xito un reactor biol\u00f3gico de bio-oxidaci\u00f3n avanzada basado en la actividad de Trametes versicolor<\/em>, un hongo de la madera de podredumbre blanca, para el tratamiento de aguas residuales urbanas portadoras de f\u00e1rmacos residuales. El sistema, un contactor biol\u00f3gico rotativo, permite el soporte de un cultivo de hongos y la generaci\u00f3n de un cultivo mixto hongo\/bacteria durante la operaci\u00f3n del mismo. El resultado es una depuraci\u00f3n del agua residual y una eliminaci\u00f3n de los f\u00e1rmacos m\u00e1s eficaz que los sistemas convencionales de fangos activos presentes actualmente en la mayor\u00eda de depuradoras de aguas residuales urbanas. El estudio se completa con la valorizaci\u00f3n energ\u00e9tica de la biomasa excedente del tratamiento biol\u00f3gico, obteniendo una producci\u00f3n de biog\u00e1s mediante digesti\u00f3n anaerobia del cultivo mixto de este sistema superior al producido con fango de tratamiento biol\u00f3gico de una depuradora convencional.<\/p>\n

Grupo de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica y Ambiental – URJC<\/em><\/p>\n

Las Tecnolog\u00edas de Oxidaci\u00f3n Avanzada (TOAs) son los procesos m\u00e1s estudiados para la eliminaci\u00f3n de f\u00e1rmacos en aguas residual. Estas tecnolog\u00edas son capaces de eliminar contaminantes org\u00e1nicos mediante la generaci\u00f3n de radicales hidroxilo de elevado poder oxidante. Sin embargo, suelen ser muy demandantes en t\u00e9rminos de energ\u00eda (temperatura, radiaci\u00f3n ultravioleta, ultrasonidos, et.), presi\u00f3n, y\/o consumo de reactivos. Como alternativa, se ha demostrado que la producci\u00f3n de radicales hidroxilo es posible en sistemas biol\u00f3gicos basados en hongos de la podredumbre blanca (Marco-Urrea y col., 2010). \u00a0Los hongos de la madera de la podredumbre blanca, se caracterizan por su capacidad para degradar y mineralizar la compleja mol\u00e9cula de la lignina en su entorno natural, empleando sistemas enzim\u00e1ticos intra y extra celulares (G\u00f3mez-Toribio y col., 2009). En el denominado proceso de bio-oxidaci\u00f3n avanzada, la presencia de un agente quin\u00f3nico (mediador) promueve la actividad enzim\u00e1tica de los hongos, ejerciendo como sustituto de la lignina, y dando lugar a una serie de reacciones radicalarias que culminan, en presencia de sales de hierro, con la generaci\u00f3n de radicales oxidantes, entre ellos los radicales hidroxilo. El proceso de bio-oxidaci\u00f3n avanzada permite por tanto incrementar la actividad natural de los hongos, consiguiendo la degradaci\u00f3n de mol\u00e9culas org\u00e1nicas complejas, como por ejemplo las mol\u00e9culas de f\u00e1rmacos presentes en las aguas residuales urbanas.<\/p>\n

Investigadores del Grupo de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica y Ambiental, dentro del proyecto REMTAVARES <\/em>de la Comunidad de Madrid, y del proyecto MOTREM <\/em>de la convocatoria europea (Water JPI), han propuesto y probado con \u00e9xito un reactor biol\u00f3gico basado en estos sistemas de bio-oxidaci\u00f3n avanzada con Trametes versicolor<\/em>, un hongo de la madera de la podredumbre blanca, para el tratamiento efectivo de los f\u00e1rmacos de aguas residuales urbanas. Este reactor (Figura 1), consiste en un sistema de discos giratorios (denominado contactor biol\u00f3gico rotativo) en los que el hongo se encuentra soportado sobre la superficie de los discos formando una pel\u00edcula pseudo-homog\u00e9nea. Los discos giran continuamente, manteniendo sumergida un 40% de su superficie total, asegurando as\u00ed una buena homogeneizaci\u00f3n y aireaci\u00f3n del agua residual que entra al reactor.<\/p>\n

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Figura 1.<\/strong> Esquema del proceso e imagen contactor biol\u00f3gico rotativo con T. versicolor<\/em> soportado<\/p>\n

En este estudio, el reactor se\u00a0 aliment\u00f3 durante 40 d\u00edas con agua residual urbana dopada con doce f\u00e1rmacos de diferentes familias y actividades terap\u00e9uticas (hidroclorotiazida, diclofenac, \u00e1cido clorif\u00edbrico, carbamazepina, gemfibrozil, antipirina, ranitidina, sulfametoxazol, atenolol, cafe\u00edna, ibuprofeno y sulpirida), seleccionados en base a su concentraci\u00f3n y frecuencia de aparici\u00f3n en efluentes de depuradoras, as\u00ed como el riesgo potencial para el medio ambiente asociado a cada uno de ellos. Tambi\u00e9n se a\u00f1adieron peque\u00f1as cantidades de \u00e1cido g\u00e1lico como mediador quin\u00f3nico y sales met\u00e1licas de hierro y manganeso. El tiempo de residencia en el reactor fue de 1 d\u00eda durante todo el estudio.<\/p>\n

Los resultados de esta investigaci\u00f3n, publicados recientemente (Cruz del Alamo y col., 2017), muestran como el contactor biol\u00f3gico rotativo con el sistema de bio-oxidaci\u00f3n soportado permiti\u00f3 un tratamiento eficaz del agua residual. Los rangos de eliminaci\u00f3n de materia org\u00e1nica residual fueron de 82 \u00b1 12% (en Carbono Org\u00e1nico Total), y del 61 \u00b1 21% y 70 \u00b1 5% para el nitr\u00f3geno y el f\u00f3sforo. Estos resultados son comparables a los obtenidos en sistemas convencionales de depuraci\u00f3n de agua (Tchobanoglous et al. 2002; Rodriguez-Garcia et al. 2011).<\/p>\n

En cuanto a la eliminaci\u00f3n de f\u00e1rmacos, 11 de los 12 f\u00e1rmacos estudiados presentaron porcentajes de eliminaci\u00f3n entre el 50 y el 95 %, destacando compuestos como el diclofenac o la carbamazepina, con eliminaciones medias del 51 y 61%. Estas eliminaciones son muy superiores a las obtenidas en el tratamiento biol\u00f3gico convencional de depuradoras urbanas, donde se consideran normalmente refractarios al tratamiento biol\u00f3gico. Los valores de eliminaci\u00f3n del sulfametoxazol (86 %), gemfibrozil y antipirina (entre 60 y el 80%), tambi\u00e9n fueron superiores a los obtenidos habitualmente en depuradoras urbanas. Al mismo tiempo, el reactor mantuvo elevados valores de eliminaci\u00f3n de ibuprofeno y cafe\u00edna (80-100%), resultados esperables dada la elevada biodegradabilidad de estos f\u00e1rmacos (Martin et al. 2012; Verlicchi et al. 2013; Bollmann et al. 2016; Han-Tran and Yew-Hoong Gin 2017; Thiebault et al. 2017).<\/p>\n

La mejora en la actividad en comparaci\u00f3n con los sistemas de tratamiento convencionales basados en fangos activos, se debe a la generaci\u00f3n de un cultivo mixto de hongo\/bacteria sobre la superficie de los discos del contactor rotativo. Las especies pueden convivir en las condiciones de operaci\u00f3n, y su presencia conjunta produce un efecto sin\u00e9rgico en t\u00e9rminos de eficacia de depuraci\u00f3n.<\/p>\n

Por \u00faltimo, el exceso de biomasa residual generada se someti\u00f3 a ensayos de producci\u00f3n de biog\u00e1s mediante digesti\u00f3n anaerobia, obteniendo una producci\u00f3n de metano de 250 mL por g de s\u00f3lido, superior a la obtenida en digesti\u00f3n anaerobia de fangos residuales procedentes de los reactores de fangos activos de las depuradoras urbanas convencionales.<\/p>\n

Todo esto hace que el sistema propuesto, basado en bio-oxidaci\u00f3n avanzada con T. versicolor<\/em> soportado en un contactor biol\u00f3gico rotativo, sea una alternativa viable para el tratamiento de estos contaminantes emergentes y en general de las aguas residuales urbanas.<\/p>\n