Presencia de Microcontaminantes Orgánicos en el río Biobío :Evaluación de Procesos de Oxidación Avanzada, UV/H2O2 y O3/CAP, como alternativas para su abatimiento

Abstract

Las actividades industriales y productivas, a nivel mundial, han incorporado incesantemente una gran variedad de microcontaminantes orgánicos (OMPs) en el medio natural, lo cual ha sido reportado principalmente en regiones de Europa, Asia y América del norte. En los últimos años países como Costa Rica, Brasil y Chile han presentado reportes de OMPs en los cauces naturales. Este estudio es desarrollado en la región del Biobío, Chile, en donde actividades forestales, agroindustria, junto a los asentamientos urbanos e industriales, han agregado al medio ambiente una vasta lista de compuestos. Debido a esto, variadas sustancias de uso intensivo como herbicidas, fármacos y productos del cuidado personal son constantemente introducidas en los sistemas hídricos, afectando a la biota y contaminando fuentes naturales de abastecimiento de agua para su potabilización. La producción de agua potable y el tratamiento de aguas servidas en Chile, están basados en procesos físico-químicos y biológicos convencionales, los cuales no siempre son capaces de degradar o remover ciertos tipos de contaminantes. Varios estudios han indicado que OMPs como herbicidas, analgésicos y antimicrobianos están presentes en fuente de abastecimiento de agua potable y aguas servidas. La constante incorporación de OMPs en el sistema de tratamiento de aguas y las propiedades químicas de cada compuesto químico ocasiona que estos sistemas de tratamiento no sean capaces de eliminarlos totalmente. Además algunos de ellos pueden transformarse en compuestos más dañinos en el proceso de cloración, afectando la salud de los organismos, presentando un potencial riesgo al ser humano. La omnipresencia de microcontaminantes orgánicos en el medio ambiente y sistemas de tratamiento de aguas ha obligado a diseñar nuevas estrategias para un adecuado tratamiento. Amplia literatura ha indicado que sistemas como UV/H2O2, ozono (O3) y ozono/carbón activado en polvo (CAP) son tecnologías eficientes en la trasformación y eliminación de contaminantes recalcitrantes. En este trabajo se identificó la presencia de atrazina (herbicida, ATZ), cafeína (sicotrópico, CAF), diclofenaco (antiinflamatorio, DCL) y triclosán (antibacteriano, TCS) en dos zonas del río Biobío. Ambas zonas son geográficamente distantes y una incluye un área en donde la actividad del ser humano es escasa, y otra ubicada en el tramo final del río, la cual suma todas las actividades antrópicas aguas arriba. Se determinó que en ambas zonas los cuatro compuestos estudiados estaban presentes, indicando la omnipresencia de este tipo de contaminantes. La presencia de CAF sugiere que existe vertimiento de aguas de origen domiciliario. Como la CAF es un compuesto químico utilizado como marcador de descargas de aguas servidas, es esperado que múltiples compuestos persistentes y recalcitrantes como fármacos y productos del cuidado personal, que son incorporados desde el sistema de alcantarillado, puedan estar presentes en las aguas del río. Además se determinó la presencia de ATZ, CAF, DCL y TCS en la PTAP de Concepción y las PTAS de dos localidades ubicadas en el tramo final de la cuenca del río Biobío, Hualqui y Hualpén. En ambas plantas de tratamiento se puede identificar la presencia de los cuatro compuestos en el transcurso y etapa final de los procesos de tratamiento. Con el fin de evaluar sistemas alternativos para el adecuado tratamiento de OMPs recalcitrantes se realizaron experimentos individuales y en mezcla con ATZ, carbamazepina (anticonvulcionante, CBZ), DCL y TCS con los procesos de UV254, UV/H2O2, ozono (O3) y ozono/carbón activado en polvo (O3/CAP) en agua ultrapura y agua natural del río Biobío. Al utilizar solo el sistema de UV254 es posible observar que las especies químicas DCL y TCS son las más degradadas logrando una transformación ~90% a dosis de UV de 300 y 600 mJ cm-2, respectivamente. ATZ necesita dosis de UV ~900 mJ cm-2 para lograr una remoción de ~60%. En cambio CBZ no indica una transformación, permaneciendo inalterada por sobre los 900 mJ cm-2. Con UV/H2O2, utilizando al inicio de la reacción 10 mg L-1 de H2O2, la transformación de DCL y TCS no tiene diferencias significativas a lo observado con el sistema de UV254, logrando una oxidación >90% para los compuestos DCL y TCS, con dosis de UV de 300 y 600 mJ cm-2, respectivamente. En el caso de ATZ y CBZ, fue posible oxidarlos ~80% a dosis superiores de 900 mJ cm-2. Ensayos de toxicidad aguda con Dafnia magna indicaron que el sistema de UV/H2O2 permite disminuir la toxicidad inicial de la mezcla de los cuatro compuestos en el transcurso del proceso. Conjuntamente, es posible observar que la transformación de estos OMPs genera compuestos tóxicos para los organismos. Para el caso de los experimentos realizados con los sistemas de O3 y O3/CAP, fue posible oxidar y remover dentro de ~5 min a la CBZ, DCL y TCS. El herbicida ATZ presenta las propiedades más resistentes a la oxidación, donde la adición de CAP en el sistema de ozono mejora su transformación y remoción. Al evaluar la toxicidad aguda con D. magna ambos sistemas logran una disminución a medida que aumenta el tiempo de tratamiento hasta los 60 minutos. Con el sistema Ozono se comienza a observar un gradual decaimiento en la toxicidad desde los 5 minutos. La incorporación de CAP en la reacción con ozono permite observar una marcada remoción en la toxicidad desde los 2,5 minutos de tratamiento. Esto permite determinar que el proceso de O3/CAP es más eficiente en la remoción de la toxicidad de la mezcla de los OMPs estudiados.