Aplicación de la oxidación UV para la eliminación de la sulfadiazina

OXIDACIÓN UV PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y DE
PROCESO DEL SECTOR QUÍMICO Y FARMACÉUTICO
Aplicación de la oxidación UV para la eliminación de la Sulfadiazina y del
1,4-Dioxano
RESUMEN: En este artículo se presenta la tecnología de la oxidación ultravioleta (UV) para el
tratamiento de aguas residuales y aguas de proceso. Mediante el uso de esta tecnología, en
combinación con un acelerador de la oxidación, que puede ser ozono o peróxido de hidrógeno,
se consigue eliminar los compuestos orgánicos presentes en el agua residual o agua de
proceso. El tratamiento consiste en la oxidación completa de los compuestos orgánicos hasta
dióxido de carbono y agua. Se hará referencia a la experiencia adquirida en el tratamiento de
dos aguas residuales, unas con contenido en Sulfadiazina y otros con contenido en 1,4Dioxano.
1. INTRODUCCIÓN: OXIDACIÓN ULTRAVIOLETA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS
CONTAMINADAS
1.1. Introducción
La oxidación ultravioleta (UV) es una técnica de tratamiento de aguas residuales y aguas de
proceso sumamente importante para diferentes sectores como la industria química, alimentaria
farmacéutica y galvánica. Cuando la oxidación UV se combina estratégicamente con otros
sistemas de tratamiento, ofrece beneficios únicos en cuanto a la reducción de las sustancias
orgánicas disueltas.
Mediante la oxidación UV se pueden tratar aguas residuales de distinta procedencia. Este tipo
de tecnología es idónea para: detoxificación de cianuro, eliminación de la DQO, eliminación de
compuestos orgánicos, aromáticos, tratamiento de agua residual de Zn-Ni, acondicionamiento
del baño de níquel, etc..
1.2. Teoría de la oxidación UV
La foto-oxidación directa con radiación UV da fundamento a una tecnología de degradación de
contaminantes orgánicos siempre que estos absorban dicha radiación y lo hagan con una
especificidad razonable en comparación con otros compuestos presentes en el medio.
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Desafortunadamente, la absorbancia de la mayoría de los contaminantes orgánicos es baja y
las reacciones fotoquímicas que se originan tienden a generar mezclas complejas de productos
intermedios en lugar de la mineralización del contaminante. La velocidad de las reacciones
fotoquímicas con la materia orgánica puede incrementarse mediante la adición al medio de
ozono, peróxido de hidrógeno o mezclas de ambos, debido a que se trata de compuestos que
al absorber luz ultravioleta se descomponen para originar radicales. Tanto la fotólisis de ozono
como del peróxido de hidrógeno originan radicales hidroxilo:
1
O3 + h (λ < 310nm)  O2 + O ( D)
1
O( D) + H2O  2OH
.
H2O2 + h (λ ~ 200-280nm)  2OH
.
.
El radical libre OH puede reaccionar con moléculas orgánicas para ionizarlas parcialmente o
oxidarlas completamente a CO2 y agua, tal y como se demuestra con la oxidación del metanol:
CH3OH + 2OH
HCHO + 2OH
.
HCHO + 2H2O
.
HCOOH + 2OH
HCOOH + H2O
.
CO2 + 2H2O
Los rayos UV se generan mediante una descarga eléctrica en vapor metálico,
siendo la lámpara de vapor de mercurio, la más indicada para la generación
de la radiación germicida (UV-C), dado que la línea de resonancia del átomo
de Hg a 254nm es emitida con alta eficiencia.
La aplicación de la tecnología de oxidación UV en la industria química y farmacéutica es muy
variada. Alguno de los ejemplos de las sustancias activas que se pueden eliminar con esta
tecnología son los siguientes:
 Antibióticos
 Hormonas
 Intermedios clorados
 Poli-fosfatados orgánicos
 Ácidos orgánicos (ej: EDTA, NTA, etc.)
 Hetero-ciclo-alifáticos (ej: 1,4-Dioxano)
 N-orgánico
 Aromáticos y hetero-aromáticos.
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2. Ejemplo 1: Tratamiento de las aguas de la industria farmacéutica, eliminación de la
Sulfadiazina con oxidación UV
La oxidación ultravioleta ha sido empleada como tecnología de tratamiento del agua residual de
una empresa farmacéutica contaminada con sulfadiazina (C 10H10N4O2S), cloruro amónico y
restos de nitrato de plata. La aplicación de la tecnología de oxidación UV ha resultado un éxito,
ya que se consigue eliminar la mayor parte de la sulfadiazina presente en el agua a tratar.
Antes de llevar a cabo la instalación de la depuradora se realizaron pruebas en el laboratorio,
los cuales demostraron la eficacia del tratamiento tal y como se expone a continuación.
Se realizaron pruebas de laboratorio con muestras representativas del agua residual de la
empresa farmacéutica. Los parámetros analíticos que se tuvieron en cuenta durante los
ensayos fueron: COT (carbono orgánico total), COT correspondiente a la sulfadiazina, la
concentración de H2O2 adicionada para aumentar la velocidad de la oxidación, y el pH y
temperatura de la solución.
Las pruebas se realizaron en una planta a escala de laboratorio en la cual se disponía de dos
reactores UV con diferente tipo de luz.
Los datos obtenidos durante el ensayo en el laboratorio se plasmaron en la siguiente gráfica.
Los resultados obtenidos fueron muy satisfactorios. En el diagrama se pueden observar las
curvas de degradación del COT total y del COT resultante de los compuestos de la
sulfadiazina. El COT total se degradó solamente en un 25% cuando casi la totalidad de los
enlaces de los complejos de la sulfadiazina estaban rotos.
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Datos del rendimiento del sistema UV
Volumen de agua residual
COT inicial
COT tras tratamiento
COT (sulfadizina) inicial
COT (sulfadizina) tras tratamiento
(oxidación UV)
6 m3/d
290 mg/L
225mg/L
220mg/L
< 10 mg/L
Tal y como lo demuestran los
resultados obtenidos en la
prueba
de
laboratorio,
la
tecnología de oxidación UV
es un tratamiento eficaz y
adecuado para la eliminación
de la sulfadiazina del agua
residual procedente de la industria farmacéutica.
3. Ejemplo 2: Tratamiento de las aguas de la industria química, eliminación del 1,4Dioxano
El 1,4-Dioxano (C4H8O2) es tóxico y no biodegradable en medio acuoso. Se produce como
intermedio durante la producción de emulsionantes en la industria de pinturas, construcción y
papel. El 1,4-Dioxano se retira del proceso y se almacena en un lugar separado. Pero luego,
¿que se hace con esta sustancia tóxica?
Las normativas de vertido permiten únicamente vertidos puntuales de compuestos químicos al
medio acuoso. El límite de descarga para el 1,4-Dioxano es de únicamente 0.1mg/L. Debido a
las características del proceso de producción particular, la concentración del agua de proceso
residual es de unos 15,000-20,000 mg/L. El objetivo es reducir la concentración de 1,4-Dioxano
en el agua residual a 5 mg/L. El problema era encontrar un método eficaz y de bajo coste para
la destrucción de 1,4-Dioxano, ya que el tratamiento térmico es muy caro y consume gran
cantidad de energía. La capacidad de destrucción máxima del ozonólisis es del 70%, lo cual no
es suficiente para esta aplicación.
Se recogió
una muestra
representativa de 50 litros de
aguas
residuales
producción
para
de
hacer
pruebas y saber si el método
de
oxidación
método
UV
eficaz
era
un
para
la
destrucción del 1,4-Dioxano.
Datos del rendimiento del sistema UV
Volumen de agua residual
Capacidad del batch
Secuencia del tratamiento
Concentración inicial del 1,4-Dioxano
Concentración tras tratamiento
Porcentaje de eliminación
DBO tras tratamiento
Costes del tratamiento
(oxidación UV)
2 - 8 tn/d
8 tn/batch
1 batch/12h
7000-20000mg/L
3-10 mg/L
> 99,95%
> 95%
aprox. 70€/batch
Este método se basa en la transformación selectiva, lo cual es una gran ventaja ya que esto
conlleva a la reducción de costes de eliminación. El proceso utiliza un fotosensibilizador para
producir la rotura del 1,4-Dioxano. Los resultados de las pruebas de laboratorio eran
alentadores, y el 1,4-Dioxano se fue eliminando totalmente de la muestra. Como promedio,
más del 99,95% del 1,4-Dioxano fue eliminado.
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La ruptura de enlaces
no
ocurre
como
resultado directo de la
irradiación de la luz
UV. Debido a ello, se
añade un compuesto a
la solución de proceso
en
cantidades
pequeñas,
muy
el
cual
absorberá la luz UV y
lo
transferirá
a
la
molécula a eliminar. La reactividad aumenta hasta un punto donde el 1,4-Dioxano, el cual es
estable bajo condiciones normales, se rompe.
El proceso de oxidación produce pequeñas moléculas orgánicas que son biodegradables. El
test de Zahn-Wellens que se llevó a cabo en el laboratorio del fabricante confirmó estos
resultados. El nuevo método tiene una gran eficacia de ruptura y ofrece una considerable
reducción de costes en comparación con los otros métodos que están disponibles.
4. CONCLUSIÓN
Tal y como lo demuestran los resultados obtenidos, la tecnología de oxidación UV es un
tratamiento eficaz y adecuado para la eliminación de la sulfadiazina y 1,4-Dioxano de las aguas
residuales. Las mayores ventajas de la tecnología UV son la alta eficacia de eliminación y el
bajo coste de operación en comparación con otros métodos de tratamiento. La gran
experiencia adquirida en el tratamiento de aguas residuales y aguas de proceso de la industria
farmacéutica y química hace que la oxidación UV sea una técnica eficaz y de gran aplicación
para la eliminación de compuestos orgánicos disueltos en el agua a tratar.
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