Eliminación de contaminantes emergentes del agua mediante ozonación solar fotocatalítica

Abstract

La detección de contaminantes emergentes, refractarios a las técnicas biológicas y fisicoquímicas de tratamiento que convencionalmente se aplican en las estaciones depuradoras de aguas residuales, representa un riesgo potencial que amenaza la salud de las especies que se benefician del agua. Especialmente, los productos farmacéuticos y de uso agrícola centran mayor atención, puesto que son consumidos en grandes cantidades a nivel mundial y se detectan con mayor frecuencia en el agua. A la mayoría de estos compuestos se les atribuyen efectos de mutación genética, carcinogénesis, defectos congénitos y disrupción del sistema endocrino.

En esta Tesis Doctoral se ha estudiado la eliminación de varios compuestos orgánicos, seleccionados como modelos representativos de varios tipos de contaminantes prioritarios y emergentes, y que con frecuencia se detectan en ecosistemas acuosos. Concretamente, los compuestos que se han utilizado en esta investigación son acetaminofeno (analgésico y antiinflamatorio), antipirina (analgésico y antipirético), metoprolol (β bloqueante), cafeína (estimulante), testosterona (hormona esteroide), bisfenol A (aditivo plastificante de uso industrial), diurón (herbicida), MCPA (herbicida), o-fenilfenol (bactericida y fungicida) y terbutilazina (herbicida). Para su eliminación se han empleado algunos procesos avanzados de oxidación basados en el empleo de radiación solar, incluyendo procesos foto-Fenton, oxidación fotocatalítica con hierro o TiO2, y ozonación; así como algunas combinaciones de los anteriores. Los ensayos de degradación se han efectuado a escala de laboratorio y piloto. Como fuente de radiación se ha utilizado luz solar, natural y simulada.

El proceso más relevante de esta investigación por su carácter novedoso es la ozonación solar fotocatalítica, consistente en el uso simultáneo de ozono, radiación solar y algún catalizador.

The development of advanced analytical techniques has allowed the detection of emerging contaminants in aquatic environments revealing a worldwide issue. Many of these compounds have been found to be recalcitrant to the biological and physicochemical processes typically applied in wastewater treatment plants so they are discharged into natural waters bodies. Particularly, pharmaceutical products, some industrial additives and pesticides have recently focused special attention of the research community. Pharmaceuticals, due to their high worldwide use, are continually discharged into the environment through domestic, hospital and industrial drains, whereas industrial and agricultural residues can contaminate large quantities of water, as these sectors consume such a fraction of the freshwater available in the world. Most of these compounds are reported to induce genetic mutation effects, carcinogenesis, birth defects and endocrine disruption.

In this PhD Thesis, the degradation of several compounds, which have been selected as model representatives of various types of priority and emerging contaminants, has been studied. Particularly, the model compounds used in this research are acetaminophen (analgesic and anti-inflammatory), antipyrine (analgesic and antipyretic), metoprolol (β-blocker), caffeine (stimulant), testosterone (steroid hormone), bisphenol A (industrial plasticizer), diuron (herbicide), MCPA (herbicide), o-phenylphenol (bacteriostat and fungicide) and terbuthylazine (herbicide). These compounds have been subjected to some solar advanced oxidation processes, including photo-assisted Fenton-like, ozonation and photocatalytic oxidation processes (using iron or TiO2 as catalysts), as well as several combinations of them. Experiments have been carried out at pilot and laboratory scale. Natural and simulated solar light have been used throughout the research as radiation source.

Of special interest in this work are some solar photocatalytic ozonation processes, which make simultaneous use of ozone, solar radiation and catalysts.