Efecto de la carbamazepina y el diclofenaco sobre el comportamiento de un reactor anaerobio de lecho granular expandido (EGSB) y un reactor secuenciado por lotes (SBR)

Abstract

RESUMEN : El impacto por la contaminación es una problemática creciente ya que la presencia de trazas de tóxicos en aguas residuales, naturales y potables es mayor. Se requieren desarrollar y optimizar sistemas de tratamientos eficientes que logren remover estos contaminantes y controlar los impactos que se han venido desencadenando en los ambientes naturales. Sin embargo, para la remoción de compuestos farmacéuticos, la tarea apenas comienza debido a que los mecanismos de remoción, principalmente en los sistemas biológicos, aún no son totalmente esclarecidos al igual que los efectos potenciales de la gran variedad de productos de degradación que se puedan obtener a partir de estos procesos. Si bien en Colombia las problemáticas actuales en cuanto al tratamiento de aguas residuales están enfocadas en remover materia orgánica y nutrientes, en otros países más desarrollados el tema de los compuestos farmacéuticos en las aguas residuales, está tomando auge y la mayor parte de las investigaciones se están centrando en la remoción de los llamados contaminantes emergentes. Por lo anterior, este trabajo de grado centra su atención en evaluar el efecto de la Carbamazepina (CBZ) y el Diclofenaco (DCF) sobre un sistema anaerobio y un sistema aerobio-anóxico como alternativas de tratamiento para la remoción de estos compuestos farmacéuticos, debido a su elevado uso por la población, para el tratamiento de enfermedades. Cada etapa del presente estudio de investigación, fue desarrollada a través de capítulos (cinco en total), los cuales se nombran a continuación: Capítulo 1: En este capítulo se presenta una revisión bibliográfica de los compuestos farmacéuticos, donde se muestran algunos conceptos de estos contaminantes. Se describen los principales criterios por los cuales se seleccionaron los compuestos de trabajo y se presentan sus propiedades físico-químicas (estructura molecular, coeficiente de partición octanol/agua, constante de disociación, propiedades de sorción y solubilidad), introducción y ocurrencia en el ambiente, vías y fuentes de ingreso a los sistemas naturales. Adicionalmente, se plantea el panorama del tratamiento de las aguas residuales con presencia de compuestos farmacéuticos y se acompaña de una breve revisión bibliográfica de las tecnologías y procesos empleados en los últimos años para la remoción de estos contaminantes, contemplando las eficiencias obtenidas para los compuestos de estudio. Capítulo 2: Se describen los métodos analíticos empleados en el desarrollo transversal del trabajo. Se presentan los parámetros usados en el tratamiento de las aguas residuales para evaluar la respuesta de funcionamiento de los sistemas biológicos y la calidad del lodo tales como alcalinidad, amonio (NH_4^+), fósforo, carbono orgánico total, Demanda Química de Oxígeno (DQO), pH, sólidos, Índice Volumétrico de Lodos (IVL), densidad y producción de metano. La determinación de los compuestos farmacéuticos se describe de manera individual y se presentan las principales condiciones del método para la determinación de los analitos. En los capítulos 3 y 4, se describen los materiales y métodos específicos para cada tecnología biológica y de igual manera se muestra un esquema del montaje de cada uno de los sistemas. La preparación del agua residual sintética para la experimentación se realizó empleando acetato de sodio como fuente de carbono. La composición de macronutrientes y micronutrientes se describe de acuerdo con el metabolismo aerobio o anaerobio de cada sistema biológico. Capítulo 3: En este capítulo, se presenta la evaluación de la remoción de CBZ y DCF usando siete modelos de reactores EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) a escala piloto en diferentes etapas de operación. Estas etapas incluyeron el arranque y la variación de cargas de cada compuesto, en las cuales se consideró tanto el efecto de incluir en el afluente, altas concentraciones de DQO aportadas por la adición de acetato de sodio, como el efecto de no incluirlas, en la respuesta final de remoción del contaminante de estudio. Adicionalmente, se estudiaron algunos parámetros de caracterización del lodo como la densidad, el índice volumétrico de lodos, la distribución por tamaño y la velocidad de sedimentación para evaluar el efecto de cada compuesto sobre la biomasa granular, mediante su variación en el tiempo. Capítulo 4: En este capítulo se evaluó el comportamiento de un sistema aerobio-anóxico tipo SBR (Sequencing Batch Reactor), en la remoción del compuesto farmacéutico DCF, a diferentes concentraciones. La experimentación se realizó dividida en tres etapas de operación que incluyeron: el arranque, la variación de cargas y los periodos intermedios de estabilización del sistema. Adicionalmente, se estudiaron algunos parámetros de caracterización del lodo como el IVL, sólidos suspendidos totales (SST), sólidos suspendidos volátiles (SSV) y la velocidad de sedimentación (Vsed), con el fin de evaluar el efecto de cada compuesto sobre la población microbiana que conformaba el sistema de tratamiento Capítulo 5: Se realizó un análisis estadístico de los datos obtenidos, a partir del ensayo de biodegradabilidad anaerobia. Para tal caso, se deseaba determinar si existía un efecto de los compuestos farmacéuticos (CBZ y DCF), a diferentes concentraciones sobre los grupos microbianos presentes en la biomasa granular. Esto se logró, realizando el análisis individual a cada variable respuesta: remoción de DQO, remoción de CBZ y remoción de DCF.