Estratègies per al tractament d'aigües biorecalcitrants mitjançant processos d'oxidació avançada. Estudis cinètics i mecanístics. Comparació de les eficiències depuratives i dels impactes ambientals

Abstract

La disponibilitat, qualitat i accés a l'aigua per al consum humà, per a l'ús domèstic, ramader, agrícola, industrial, etc. va lligat a la latitud, longitud i altura geogràfica, al nivell de desenvolupament i a la cultura pròpia d'una zona. En termes generals, el percentatge d'aigua dolça de fàcil disponibilitat a nivell mundial és del voltant del 0,6%. Una xifra baixa respecte al volum total d'aquest recurs natural. Com a conseqüència d'aquest fet, cal destacar l'augment dels esforços destinats a la reducció del seu ús, a la seva reutilització, al seu pre/post tractament, etc. És en aquest context en el qual s'emmarca aquesta tesi doctoral: el tractament d'aigües contaminades per fonts antropogèniques. S'estén més enllà del tractament dut a terme a les EDARs, i es situa front la problemàtica sorgida arran de la presència dels contaminants emergents al sistema aquàtic, com són els metabòlits d'alguns fàrmacs, determinats productes farmacèutics, productes per a la cura personal, etc. Alguns d'ells es caracteritzen per la seva baixa biodegradabilitat i/o ecotoxicitat. Conseqüentment, haurien de ser tractats mitjançant processos alternatius a la depuració convencional. L'ús dels anomenats processos químics i electroquímics d'oxidació avançada (AOP/AEOPs) és una solució potencial. Concretament, en aquesta tesi, determinats AOP/AEOPs han estat utilitzats per al tractament d'una aigua residual de baixa biodegradabilitat contaminada amb un producte provinent de la indústria farmacèutica, anomenat _-metil-fenilglicina (_-MPG). La comparació de diferents tipus d'AOP/AEOPs, sota varies condicions experimentals, és avaluat al llarg del treball duent a terme el seguiment i quantificació de les espècies majoritàries presents a l'aigua. L'augment de l'eficiència d'aquests processos, així com la reducció del seu impacte ambiental, és evidenciat fent ús de la radiació solar com a recurs renovable. Escollir el procés i condicions més adequades per al tractament d'aquest tipus d'aigües correspon a una situació de compromís entre el que proporciona una major eficiència i un menor impacte ambiental. És en aquest marc que, alternativament, s'ha avaluat i comparat la combinació d'un tractament d'oxidació avançada, que permeti l'obtenció d'aigua ràpidament biodegradable, amb un posterior tractament biològic de fangs activats. Així mateix, determinats AOP/AEOPs, sota condicions concretes, podrien ser proposats per a territoris on la salubritat de l'aigua és qüestionable i a on no es disposa dels recursos econòmics ni de la infraestructura suficients per a la construcció d'EDARs. mL'estudi en qüestió s'ha dut a terme a nivell de laboratori, de manera que cal tenir en compte que els resultats són vàlids per aquesta escala.

Water availability and quality assigned to human activities is linked to the geographic latitude, longitude and altitude, as well as to the level of development and the typical culture of a specific area. In general terms, only around 0.6% of total water volume of the Earth is easily available. Consequently, there is a rise of international efforts centred to reduce its use/abuse, to its reutilization, and its pre/post-treatment. <br/>In the above context, this doctoral thesis is centred in the anthropogenic wastewater treatment. Specifically, it pays special attention to current water contamination by emergent contaminants since as some pharmaceutical compounds, its secondary metabolites, some cure personal products, etc. Some of they are characterized by its non-biodegradability and eco-toxicity; consequently they should be eliminated to water by means of alternative treatment to activate sludge process that it is a conventional biological treatment in the Municipal Wastewater Treatment Plants (WWTPs). Advanced Oxidation Processes (AOPs) are a potential solution for bioremediation. In this work, some AOPs have been carried out to treat some water contaminated with _-methyl-phenylglycine, a non-biodegradable compound that comes from pharmaceutical industry. Several AOPs (Fenton, solar photo-Fenton, electro-Fenton and solar photoelectro-Fenton), under different conditions, are used to rise water biodegradability. Time evolution of total carbon organic (TOC), hydrogen peroxide, main inorganic nitrogenated species are followed during the treatment. Moreover, main intermediates aromatic compounds and carboxylic acids are detected, postulating a degradative pathway. Environmental impact associated to above processes have been evaluated using as a tool the Life Cycle Assessment (LCA). Efficiency and environment sustainability are raised with the use of solar light. <br/>Alternatively, processes with the minor environmental impact are been choose to carry out a chemical-biological coupling treatment: AOP allows rise water biodegradability and with the biological treatment water depuration is finished. <br/>In addition, some AOP, under specific conditions, could be suggested to territories where water healthiness is questionable and where there aren't enough economic resources either infrastructure to build some WWTPs. <br/>The study has been carried out at laboratory level, so that it is necessary to take that the results are valid for this scale.