Estudio cinético del efecto del peróxido de hidrógeno en la oxidación del antibiótico sulfametoxazol por fotólisis

Abstract

Actualmente muchos de los productos farmacéuticos acaban en el medio ambiente debido al aumento de la población y de su uso. Los productos farmacéuticos y de cuidado personal se vierten al agua principalmente a través de excreciones y desechos domésticos. Se encuentran de 30 a 200 diferentes tipos de productos farmacéuticos en las diferentes aguas superficiales, subterráneas o potables. No se consigue una eliminación completa de estos productos en el tratamiento de aguas residuales, pudiendo causar riesgos para la salud, sin saber a largo plazo qué consecuencias pueden tener. Uno de estos compuestos farmacéuticos detectado en aguas residuales es el sulfametoxazol (SMX), se trata de un ácido débil con pKa1 = 1.4 y pKa2 = 5.8 cuya principal vía de excreción es renal. El SMX se encuentra entre los antibióticos de sulfanilamida más utilizados para tratar infecciones bacterianas y protozoarias. Entre el 15 y 30% de la ingestión de SMX se excreta directamente del cuerpo humano, mientras que la mayor parte del SMX aparece en la orina en forma metabolizada. Los residuos excretados se vierten a los efluentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR), las cuales no tienen la capacidad suficiente para tratarlos y eliminarlos completamente debido a su polaridad y carácter antibacteriano, que evitan que sean biodegradados o adsorbidos en los lodos de depuradora. Dentro de este contexto, surgen los Procesos de Oxidación Avanzada (POAs), entre los cuales, este TFG analiza la eficacia de la tecnología UV combinada con peróxido de hidrógeno. Para estudiar la viabilidad del tratamiento se han realizado una serie de ensayos de oxidación de soluciones acuosas que contienen SMX empleando un reactor fotocatalítico de 1L de capacidad. En este caso, se ha operado con una lámpara UV de 150W y se ha analizado el efecto de la concentración de oxidante empleada en el tratamiento, operando entre [H2O2] = 0-200.0 mM. Como parámetros indicadores de la calidad de las aguas tratadas, se ha medido la concentración de SMX y la pérdida de aromaticidad del agua. Por otro lado, cabe destacar que durante la degradación de SMX se genera un fuerte color marrón y elevada turbidez en el agua. Por ello, también se han considerado estos parámetros. 6 Los resultados obtenidos en los ensayos, permiten comprobar que el tratamiento UV/H2O2 permite obtener rendimientos para la eliminación del SMX en aguas residuales, consiguiendo un rendimiento máximo de degradación del 65% para una dosis óptima de oxidante 100.0 mM empleada, a partir de concentraciones superiores, el rendimiento no mejora sustancialmente debido a un exceso de oxidante. A su vez se obtiene un rendimiento de la pérdida de aromaticidad del 48%. Por otro lado, se han modelizado los resultados cinéticos obtenidos. Comprobando que se ajustan a cinéticas de primer orden, donde se han estimado las constantes cinéticas en función de la concentración de peróxido de hidrógeno. Se ha obtenido una constante cinética de pseudo-primer orden para la concentración de SMX en el agua de kSMX=0.0002 [H2O2] + 0.0711(1/min), una constante cinética de pseudo-primer orden para la pérdida de aromaticidad del agua de karom = 10-7 [H2O2] 2 – 5∙10-5 [H2O2] + 0.0495 (1/min), una constante cinética de primer orden para la formación de color en el agua kcolor = 0.06 (1/min) y una constante cinética de pseudo primer orden para la formación de turbidez en el agua kNTU = 0.034 (1/min). Finalmente, se ha realizado una estimación del coste económico que supondría llevar a cabo la implantación industrial del tratamiento. Haciendo una relación con el coste de operación y la dosis de oxidante utilizada. Para ello se ha tomado una concentración media de 500.0 𝜇g/L de SMX en las aguas residuales y se han considerado las condiciones de operación de la Estación Depuradora de Aguas de Residuales de Vitoria-Gasteiz ubicada en Crispijana, que trata un caudal diario de 100.000 m3 de agua, obteniendo un coste total de unos 1900 €/día, lo que hace inviable la implantación del tratamiento. Se propone llevar a cabo un recirculado de caudal minoritario de agua para ahorrar coste del reactivo y mejorar el aprovechamiento de los radicales hidroxilo generados en el agua