Resumen de Diseño y evaluación de procesos fotoquímicos avanzados para la eliminación de contaminantes emergentes y genes de resistencia a antibióticos en aguas residuales
Los recursos hídricos se están viendo reducidos por el crecimiento demográfico y la contaminación producida por actividades agrícolas e industriales, lo que supone un problema para la salud y el medio ambiente. Para poder garantizar un uso sostenible del agua y proteger el medio ambiente, se ha implementado en los últimos años una legislación ambiental muy restrictiva que establece los requerimientos mínimos de los efluentes acuosos vertidos a los cuerpos de agua. Otro elemento clave para reducir los problemas de escasez de agua es la reutilización de aguas depuradas como fuente alternativa de suministro de agua. Durante los últimos años ha aumentado la preocupación por la aparición de contaminantes emergentes en aguas superficiales, entre los que se encuentran fármacos, pesticidas, hormonas, drogas de abuso y surfactantes. Estos compuestos pueden provocar efectos tóxicos para la salud y el medio ambiente y, lo más preocupante, incrementar el desarrollo de la resistencia a los antibióticos de diferentes microorganismos al estar sometidos a concentraciones subinhibitorias de estos compuestos, reduciendo el potencial terapéutico contra patógenos. El problema se encuentra en que los tratamientos actuales de las estaciones depuradoras de agua no están diseñados para eliminar este tipo de contaminantes por completo, por lo que son descargados al medio ambiente. Por ello, en los últimos años, se han desarrollado nuevos procesos de tratamiento de aguas denominados Procesos Avanzados de Oxidación (PAO), caracterizados por ser capaces de generar especies altamente reactivas y no selectivas, principalmente radicales hidroxilo, por medios fotoquímicos u otras formas de energía. Entre los diferentes PAO, se ha investigado en la presente tesis la aplicación de procesos fotoelectrocatalíticos y procesos UV-C/Cl en el tratamiento de aguas residuales.
En primer lugar, se ha estudiado por primera vez la aplicación de procesos fotoelectrocatalíticos tridimensionales con electrodos bipolares compuestos por carbón activo granulado con dióxido de titanio (GAC-TiO2) para el tratamiento de aguas residuales con un alto contenido en sales, como podrían ser las de piscifactoría. La combinación de los procesos fotocatalíticos y electroquímicos condujo a un claro efecto sinérgico en la generación de radicales hidroxilo al aplicar corriente. Sin embargo, esta combinación no condujo a una mejora en la inactivación de E. coli, sino que se observaron velocidades de desinfección mucho más bajas provocadas por el efecto antagónico presentado, lo cual se atribuyó a una formación excesiva de radicales que pueden recombinarse formando oxidantes menos potentes y más estables, produciéndose la aniquilación de las especies de cloro que tienen un importante poder desinfectante. Además, la combinación de ambos procesos presentaba una menor eficiencia energética que los procesos electroquímicos.
Por otro lado, se ha estudiado por primera vez la aplicación de un proceso UV-C/Cl para la desinfección y eliminación simultánea de bacterias resistentes a antibióticos (ARB), genes de resistencia a antibióticos (ARG) y contaminantes emergentes (EC) de aguas residuales reales a mayor escala. Se observó que la radiación UV-C y la cloración del agua residual parecían fomentar la prevalencia de ciertas especies bacterianas como, en nuestro caso, cepas Bacillus resistentes a sulfametoxazol, las cuales poseen unas características que las hacen más resistentes que las demás especies bacterianas. Este hecho puede generar una presión selectiva hacia ciertas ARB, en el presente estudio hacia bacterias resistentes a sulfametoxazol. El proceso combinado UV-C/Cl produjo, en comparación con los tratamientos individuales, una clara mejora en la desinfección del agua, en la inactivación de ARB y en la eliminación de ARG y EC, aunque no se alcanzó la eliminación completa de éstos. Se apreció un efecto sinérgico al combinar la radiación UV-C con una concentración de cloro de 12,5 mg·L-1. Sin embargo, al duplicar la dosis de cloro se redujo este efecto sinérgico y la reducción logarítmica bacteriana se mantuvo en un rango de 1,1 a 1,3, lo que puede deberse presumiblemente al efecto de eliminación de radicales hidroxilo por parte del exceso de cloro. Además, el proceso UV-C/Cl parece mejorar bastante la eficiencia energética en la eliminación de todos los contaminantes estudiados.
