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DETOXIFICACIÓN DE AGUAS FARMACÉUTICAS REALES EN CELDAS DE COMBUSTIBLE MICROBIANAS DE DOBLE COMPARTIMENTO



Author(s): Chaparro LK; Asensio Y; Boltes K; Esteve-Núñez A;
Presenter: Laura Katherin Chaparro

Las aguas farmacéuticas, debido a su complejidad inherente y a la variabilidad en su composición, son recalcitrantes por naturaleza. El tratamiento de este tipo de aguas requiere de una tecnología capaz de eliminar de forma eficiente los contaminantes orgánicos presentes y las moléculas y principios activos farmacéuticos presentes en las mismas. Estos compuestos farmacéuticos se caracterizan por su baja biodegradabilidad y su gran persistencia en el medio acuático, englobándose en la categoría de los denominados contaminantes emergentes. La eliminación de estos contaminantes emergentes no se realiza de forma eficiente en las actuales estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR). Debido a este motivo, las EDAR industriales (EDARI) de la industria farmacéutica han recurrido a tratamientos altamente expansivos, como la inyección directa de oxígeno puro para la mineralización de estos compuestos. Sin embargo, estos tratamientos influyen negativamente en el balance económico del tratamiento. Por ello, el desarrollo de nuevas tecnologías capaces de reducir el coste energético del tratamiento del agua, aumentando la detoxificación de esta, es necesario. Dentro de este grupo de nuevas tecnologías se encuentras las celdas de combustible microbiológicas (CCM) capaces de degradar altas cargas de materia orgánica y concentraciones moderadas de tóxicos farmacéuticos generando de forma simultánea energía eléctrica sostenible.
El objetivo de este trabajo fue el estudio de la detoxificación de un agua residual farmacéutica real con CCM de doble compartimento monitorizando la eliminación de carga orgánica presente en el agua residual y de los contaminantes emergentes presentes en la misma. Se evaluó de forma simultanea el efecto en la detoxificación del agua residual en CCM de doble compartimento equipadas con membranas de distinta naturaleza: membrana catiónica (CEM), membrana aniónica (AEM), y membrana bipolar (BIP). Las CCM se operaron en régimen semi-continuo durante todo el proceso de experimentación. Para monitorizar la capacidad de tratamiento y detoxificación de las CCM se evaluaron parámetros clave como la velocidad de consumo de DQO (kgDQO/m3d), la generación simultánea de energía eléctrica durante el tratamiento del agua (mA/m2 electrodo), impedancias electroquímicas (EIS) para el control de las resistencias internas asociadas a las CCM durante la detoxificación del agua farmacéutica, y finalmente estudio de ecotoxicidad. El estudio de la ecotoxicidad, al ser el elemento clave del presente estudio, se realizó con dos marcadores biológicos de toxicidad distintos; Spirodella polylhiza y Vibrio fischeri.
Se pudo observar, que en los tres escenarios se obtuvieron altas cargas de eliminación de materia orgánica del orden de 3 kgDQO/m3d. Adicionalmente, se observó que la mayor generación de energía eléctrica se obtuvo con presencia de una membrana CEM con una producción eléctrica media de 30 mA/m2 de electrodo, triplicando la producción de los otros dos dispositivos. Esto se confirmó con el análisis de EIS, en las que se observó que la CCM equipada con CEM tenía asociada una menor resistencia del electrolito y óhmica respecto a los reactores con AEM y BIP.
Sin embargo, se observaron diferencias significativas entre CCM en los estudios de ecotoxicidad realizados. Con ambos marcadores, mayores tasas de detoxificación se observaron con la CCM equipada con membrana BIP, siendo una diferencia mayor con el marcador Spirodella polyrrhiza. Este hecho sugiere, que este marcador es más sensible para la monitorización de la detoxificación de estas aguas complejas. Detoxificaciones de hasta un 60% con Vibrio fischeri y de 80% con Spirodella polyrrhiza indican la eficiencia de las CCM para la detoxificación y tratamiento de estas aguas industriales complejas.
Los autores agradecen a la Comunidad de Madrid (CAM) por la financiación del presente trabajo a través del proyecto REMTAVARES (Red Madrileña de Tratamientos Avanzados de Aguas Residuales) con referencia 2018/EMT-4341.


Keywords: detoxificación; aguas residuales; celdas de combustible microbianas

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