Tratamientos de aguas residuales mediante procesos basados en la radiación solar y el ozono. Evaluación mediante técnicas analíticas y microbiológicas avanzadas.
- Autores: Laura Ponce Robles
- Directores de la Tesis: Sixto Malato Rodríguez (dir. tes.), Isabel Oller (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Wastewater treatment by solar irradiation and ozone based processes. Evaluation by advanced analytical and microbiological techniques
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Antonio Sánchez Pérez (presid.), María José Rivero Martínez (secret.), Adrián Manuel Tavares da Silva (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Avanzada por la Universidad de Almería
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
En esta Tesis doctoral se ha abordado el problema de la contaminación de los recursos hídricos con compuestos tóxicos y biorecalcitrantes mediante la combinación a escala piloto de tratamientos físico-químicos (coagulación/floculación), procesos de oxidación avanzada (ozonizacion y foto-Fenton solar) y tratamientos biológicos (fangos activados). Como agua a estudiar se ha elegido un efluente de carácter industrial que procede del cocido del corcho natural previo a su comercialización. Para la evaluación de estos tratamientos se han utilizado herramientas analíticas convencionales y avanzadas (medidas de COD, DQO, turbidez, nitrógeno total, hierro en disolución, contenido polifenólico total, SST, SSV, cromatografía iónica, cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas, etc), técnicas microbiológicas (recuento en placa, microscopía óptica, extracción de ADN, qPCR o técnicas metagenómicas) así como tests microbiológicos de toxicidad y biodegradabilidad (Respirometría, BioFix®Lumi, Artoxkit, Protoxkit o Daphtoxkit). Para ello ha sido necesario aplicar protocolos y técnicas desarrolladas específicamente para este trabajo, y que pretenden sentar las bases para el desarrollo de futuras aplicaciones basadas en este tipo de estudios avanzados de tratamiento, evaluación y análisis de aguas residuales complejas.
Por un lado se han desarrollado metodologías analíticas avanzadas (de elevada sensibilidad y selectividad) que permiten realizar análisis cualitativos y cuantitativos de cara a una caracterización más detallada de aguas residuales industriales. Los estudios realizados se han centrado en la búsqueda de compuestos conocidos (target, término en inglés) y desconocidos (non-target, término en inglés) utilizando técnicas cromatográficas avanzadas acopladas a espectrometría de masas. Con este objetivo se ha desarrollado y validado un método analítico para la extracción y cuantificación de compuestos ―target‖ (plaguicidas) en fangos de depuradora procedentes de actividades industriales mediante el uso de cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas en tándem (LC-MS/MS). El método desarrollado se basó en la aplicación de una estrategia de extracción QuEChERS (acrónimo de Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged y Safe) para la fracción sólida del fango y una extracción en fase sólida (SPE) para el sobrenadante, ambas seguidas de un análisis LC-MS/MS. La estrategia se aplicó con éxito para la cuantificación de los compuestos seleccionados en fangos de una industria agroalimentaria y en fangos de una EDAR convencional.
Por otro lado, es necesario tener en cuenta que, debido a la alta complejidad y naturaleza desconocida de las aguas residuales procedentes de la industria del corcho y en general de otras aguas residuales, la identificación de constituyentes orgánicos que pueden influir en la línea de tratamiento aplicada no es posible utilizando esquemas de búsqueda tradicionales que utilizan bases de datos MS. Al igual que en otros campos de conocimiento, la aplicación de técnicas analíticas avanzadas como técnicas metabolómicas puede ser una alternativa. En este trabajo se ha desarrollado un método analítico avanzado mediante la utilización de un sistema HRMS (High Resolution Mass Spectrometry) para la detección de compuestos que sufren cambios significativos durante la línea de tratamiento (aparecen, desaparecen, etc). La metodología consistió en una etapa de extracción de muestras SSPE (extracción en fase sólida secuencial) seguido de un análisis en un sistema Q-TOF. Los resultados se analizaron mediante la utilización de un software de análisis multivariable, encontrándose un número determinado y concreto de masas significativas que presentaron un comportamiento bien definido en el proceso. Por tanto este enfoque podría ayudar a la identificación de compuestos desconocidos en todo tipo de aguas residuales complejas.
Como ya se ha indicado, en este trabajo se ha desarrollado una estrategia que permita el tratamiento eficaz de aguas residuales procedentes de la industria de transformación del corcho como ejemplo de aguas que presentan elevada complejidad. El tratamiento de cocido es una práctica obligatoria para la limpieza del corcho, así como para la mejora de sus características físico-químicas. En el proceso de cocción, se producen grandes cantidades de aguas residuales conteniendo sustancias orgánicas como compuestos fenólicos o taninos. Además este tipo de aguas residuales presenta compuestos de origen natural y desconocidos que podrían ser tóxicos o recalcitrantes.
En primer lugar se propuso la adaptación de un sistema biológico aerobio para el tratamiento de aguas residuales de cocido de corcho. La variación de la flora microbiana presente en el bioreactor se evaluó mediante la utilización de microscopía óptica, recuento en placa, extracción de ADN, qPCR y técnicas metagenómicas. También se siguieron otros parámetros como DOC, DQO, SST, SSV, contenido iónico o toxicidad crónica utilizando técnicas respirométricas.
Tras demostrar la imposibilidad de adaptación de un sistema biológico a este tipo de aguas residuales industriales debido principalmente al desarrollo de una toxicidad crónica, se planteó tratar parcialmente las aguas residuales utilizando diferentes PAOs (foto-Fenton solar y ozono) para hacerlas biocompatibles con un tratamiento biológico posterior especialmente adaptado a este tipo de aguas.
Previo a la aplicación de estos PAOs se optimizó un pre-tratamiento basado en técnicas físico-químicas de coagulación-floculación (C/F). Los resultados globales indicaron que el tratamiento más eficaz era la utilización del coagulante FeCl3 a 0.5 g/L seguido de un tratamiento de foto-Fenton solar, que dio mejores resultados que la ozonización.
El paso final en la línea de tratamiento propuesta consistió en la adaptación de un tratamiento biológico aerobio para aguas residuales de cocido del corcho parcialmente tratadas mediante C/F y foto-Fenton solar. La efectividad del tratamiento biológico se evaluó también mediante técnicas microbiológicas (microscopía óptica, recuento en placa, extracción de ADN y qPCR) y toxicológicas. Los resultados globales mostraron de nuevo la imposibilidad de adaptación de un sistema biológico a este tipo concreto de aguas residuales industriales, y por tanto la necesidad de aplicar exclusivamente tecnologías de tratamiento basadas en PAOs que permitan la completa mineralización del contenido orgánico de estas aguas residuales.
En general, las diferentes metodologías desarrolladas y descritas en este documento resultan prometedoras para su aplicación en el estudio del tratamiento de aguas residuales industriales complejas y biorecalcitrantes, dando una perspectiva amplia de cómo abordar estos problemas haciendo un uso holístico y multidisciplinar de conocimientos basados en la química analítica avanzada, la microbiología y la ingeniería química.
