Eliminación del antibiótico Imipenem en el proceso combinado sono-foto-Fenton mediante la adición de ácido cítrico

Abstract

El uso descontrolado de antibióticos y la baja eliminación que tienen en las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales a nivel mundial está provocando que cada vez existan más microorganismos resistentes a ellos. Investigaciones han reportado la presencia de antibióticos en plantas de tratamiento de agua residual, aguas superficiales, aguas subterráneas, agua potable y agua de mar, afectando negativamente a la salud pública y al ecosistema acuático. Los efluentes hospitalarios contienen grandes cantidades de antibióticos, en el Perú al no haber legislación que regule la descarga de ellos, ocasiona que sea más difícil su tratamiento. Por tal motivo, en este trabajo de investigación se presenta un método de tratamiento basado en los procesos de oxidación avanzados como los procesos sonoquímicos, como un método de tratamiento terciario o único. Primero, se evaluó la frecuencia y potencia del ultrasonido en función de la producción de oxidantes en agua destilada, con el objetivo de obtener los parámetros operacionales óptimos del ultrasonido, siendo estos a una frecuencia de 578 kHz y potencia de 24 W. Seguidamente, se evaluó los parámetros adecuados de dosis de hierro (Fe2+) y ácido cítrico (AC) del proceso sono-foto-Fenton/ligante en la eliminación del antibiótico imipenem a un pH alrededor de 7, encontrándose que la mayor remoción del antibiótico imipenem fue a las concentraciones de hierro y ácido cítrico de 5 y 0,64 ppm, respectivamente. Una vez, obtenido los parámetros operacionales adecuados en el proceso combinado sono-foto-Fenton/ácido cítrico, se evaluaron los procesos individuales en la eliminación del antibiótico imipenem, encontrándose que: sonólisis (kobs= 0,0051 min-1) < sono-Fenton (kobs= 0,012 min-1) < sono-foto-Fenton (kobs= 0,0178 min-1) < sono-foto-Fenton/AC (kobs= 0,0218 min-1). Además, se evaluó el efecto matriz en agua residual sintética hospitalaria en el proceso combinado sono-foto-Fenton/AC, obteniéndose una disminución en la velocidad de degradación del antibiótico imipenem (kobs= 0,0076 min-1) con respecto al agua destilada, esto debido a la presencia de iones orgánicos e inorgánicos de la matriz de agua residual sintética hospitalaria. Finalmente, se realizó una propuesta con miras al escalamiento industrial de manera referencial.

In recent years, the worldwide usage of antibiotics and their low removal in conventional biological treatment plants have promoted bacteria resistance, becoming a threat to human health and aquatic ecosystem. Investigations have reported the presence of antibiotics in wastewater treatment plants, surface water, groundwater, drinking water and seawater. Hospital effluents contain higher concentration of antibiotics, and in Peru, there is no regulation that controls their discharge, which makes their treatment difficult. For this reason, this research presents a treatment method based on advanced oxidation processes such as sonochemical processes, as a tertiary or unique treatment method. In order to determine the optimal operational parameters, the ultrasound frequency and power were evaluated based on the oxidant production in distilled water,which were found at 578 kHz and 24 W, respectively. As well, iron (Fe2+) and citric acid (AC) dose were evaluated on the sono-photo-Fenton/ligand process in the elimination of imipenem at pH around 7, finding that the greatest removal of the imipenem was at the iron and citric acid concentrations of 5 and 0,64 ppm, respectively. Once the appropriate operational parameters of the combined process (sono-photo-Fenton/acid citric) were obtained, the individual processes on the elimination of the antibiotic imipenem were evaluated, finding that degradation kinetics were: sonolysis (kobs= 0,0051 min-1) < sono-Fenton (kobs= 0,012 min-1) < sono-foto-Fenton (kobs= 0,0178 min-1) < sono-foto-Fenton/AC (kobs= 0,0218 min-1). In addition, the matrix effect in hospital synthetic wastewater was evaluated, obtaining a decrease in the degradation kinetics of the antibiotic imipenem (kobs= 0,0076 min-1) with respect to distilled water, due to the presence of inorganic ions in the wastewater matrix. Finally, a referential proposal for industrial scaling was made.