Marco Teórico.Aplicación de Ozono y Ozono/Carbón activado en la degradación del Diclofenaco en una

solución acuosa.Katerine Plazas Aldana. Cod 1101246

Los productos farmacéuticos son sustancias químicas sintéticas o naturales que se pueden encontrar en medicamentos recetados, de venta libre y veterinarios. Estos productos contienen ingredientes activos diseñados para provocar efectos farmacológicos y beneficiar significativamente a la sociedad. Los fármacos se pueden introducir en las fuentes de agua a través de aguas residuales que transportan excretas de personas y pacientes que los hayan utilizado; por eliminación inapropiada de medicamentos (por ejemplo, arrojándolos por el inodoro); y por medio de residuos líquidos agrícolas, incluido el estiércol del ganado. Estos productos se han convertido en una cuestión de creciente preocupación para el público, debido a que podrían llegar a las fuentes de agua potable. (Organizacion Mundial de la Salud, 2012)

El uso generalizado de los productos farmacéuticos (tanto recetados como de venta libre) ha dado lugar a una descarga continua de esos productos y sus metabolitos en las aguas residuales. Además, los productos farmacéuticos llegan a las fuentes de agua a través de los efluentes de instalaciones de fabricación o producción insuficientemente controladas, principalmente las relacionadas con los medicamentos genéricos.

La aparición y destino final de los compuestos farmacéuticos y sus metabolitos en el ambiente acuático han sido reconocidos como un tema emergente. Existe preocupación porque se sabe poco con respecto a los posibles efectos de estos compuestos en organismos, principalmente toxicidad crónica y los posibles efectos de una amplia gama de productos farmacéuticos presentes en el entorno acuático. (Huang, y otros, 2011)

La presencia de residuos farmacéuticos en los efluentes desde plantas de tratamiento de aguas residuales (PTARs) muestra que no todos farmacéuticos se eliminan por completo durante el tratamiento (Zhang, GeiBen, & Gal, 2008). Entre los farmacéuticos antinflamatorios no -esteroideos más consumidos y encontrados con frecuencia en agua potable son la aspirina, acetaminofén, ibuprofeno, naxoproxeno y diclofenaco (DCF) (Fent , Weston, & Caminada, 2006) .

El DCF es un derivado fenilacético cuyo nombre químico es ácido 2-{2-[(2,6-diclorofenil)amino]fenil}acético y cuya fórmula molecular es C14H11Cl2NO2. Es una de las recetas médicas más manipuladas en los países del tercer mundo utilizándolo como analgésico, para reducir la inflamación en la artritis, las enfermedades reumáticas e incluso para aliviar el dolor menstrual. También se puede encontrar comercializado como parche Flector, Voltaren, Diclo, etc. Este medicamento al ser de gran espectro llega a las fuentes de agua potable en concentraciones y no solo es consumido por el hombre si no por los animales trayendo efectos negativos en la salud tales como; reacciones alérgicas, insuficiencia hepática, disminución de la vista, disfunción eréctil, insuficiencia cardiaca, entre muchas otras contraindicaciones. (Katzung,2007)

Las concentraciones de la gran mayoría de productos farmacéuticos en el agua se pueden reducir mediante procesos naturales (por ejemplo, adsorción sobre los sedimentos, foto - degradación solar y degradación biológica) o durante los procesos posteriores de tratamiento de agua potable y aguas residuales. (Organizacion Mundial de la Salud, 2012)

Dentro de las nuevas tecnologías que se están utilizando para la remoción de contaminantes emergentes (compuestos farmacéuticos) se encuentran los procesos de oxidación avanzada (POAs) y la aplicación de carbón activado.

Los POAs son procesos fisicoquímicos capaces de producir cambios profundos en la estructura química de los contaminantes. (Glaze, Kang, & Chapin, 1987), definieron los Procesos de Oxidación Avanzada como procesos que involucran la generación y uso de especies transitorias poderosas, fundamentalmente el radical hidroxilo OH• especie de gran poder oxidante debido a su elevado potencial redox (2’80 V), sólo superado por el flúor (Andreozzi, Caprio, Insola, &Marlota, 1999). Los radicales OH• generados en disolución son los responsables de la oxidación de los compuestos orgánicos por captura de hidrógeno y formación de un radical orgánico, que puede reaccionar con el oxígeno atmosférico formando peroxirradicales que dan lugar a una serie de reacciones de degradación oxidativa, alcanzando en algunos casos la mineralización completa de la materia orgánica.

Los POAs se clasifican en procesos fotoquímicos (ultravioleta de vacío, UV/H2O2, UV/O3, foto-feton y relacionadas, fotocatálisis heterogénea) y no fotoquímicos (ozonización, ozonización con peróxido de hidrogeno, oxidación electroquímica, radiolisis, plasma no térmico, entre otros), en función de la utilización o no de radiaciones luminosas en el proceso.

Dentro de los procesos no fotoquímicos el ozono, es uno de los más utilizados, ya que un poderoso oxidante y eficiente bactericida, aplicado exitosamente desde hace mucho tiempo como desinfectante de aguas potables. Su uso ha permitido un notable mejoramiento del gusto, color, características de filtración y bio - degradabilidad de las mismas. Se ha empleado con éxito en la decoloración de caolín y de pulpa de celulosa y, en general, como tratamiento de efluentes acuosos extremadamente contaminados. El ozono (O3) es una sustancia cuya molécula está compuesta por tres átomos de oxígeno, formada al disociarse los 2 átomos que componen el gas de oxígeno. Cada átomo de oxígeno liberado se une a otra molécula de oxígeno (O2), formando moléculas de Ozono (O3).

El ozono es uno de los procesos químicos que han recibido recientemente una atención considerable en el tratamiento de los lixiviados de vertedero debido a su potencial de oxidación y la capacidad para reducir la fuerza de lixiviados (D.M. Bila, 2005) (S.S. Huang, 1993) y la cantidad de compuestos orgánicos no biodegradables eliminando los contaminantes y produciendo la mineralización de los subproductos (Beltrán, Pocostales, Alvarez, & Oropesa,2009). Este a su vez se transforma sólo en O2 y H2O, y el método no es tan tóxico como otros tratamientos convencionales que usan Cl2o ácido crómico. Como los compuestos orgánicos tratados con este reactivo producen aldehídos, cetonas o ácidos carboxílicos, la ozonización es un buen pre-tratamiento para procesos biológicos, y versátil para técnicas combinadas. No produce trihalometanos (THM) u otros compuestos clorados, uno de los principales problemas de otros tratamientos como la cloración o el óxido de cloro. El ozono puede producirse fácilmente in situ por descarga eléctrica en corriente de aire, y no deja olores ni gustos residuales. (Xavier Domènech, 2012).

Por otra parte en la actualidad para la eliminación de compuestos emergente se está utilizando carbón activado, es un material que, como su nombre lo indica, es materia carbonizada la cual puede ser de origen vegetal o mineral. Se le llama activado debido a que toda la materia carbonizada tiene propiedades adsorbentes, pero el estado de activación que se da a este tipo especial de carbón le confiere propiedades especiales que lo hacen tener una gran capacidad para adsorber ciertas substancias.

La adsorción es diferente a la absorción ya que absorción implica el paso de una sustancia, inicialmente en suspensión, a la parte interna del material absorbente. Por ejemplo: el agua en una esponja. La adsorción es diferente en el sentido de que el material removido se adhiere físicamente o químicamente a la superficie del material adsorbente, sin penetrar en su estructura física. La adsorción se cree que implica fuerzas de atracción del tipo dipolo/dipolo, fuerzas de London o fuerzas de Van Der Waals, entre las moléculas de la sustancia adsorbida y de la superficie del material que adsorbe éstas.

La alta efectividad en remoción o adsorción de compuestos, se debe a que el carbón activado tiene una gran área o superficie disponible para que puedan interactuar las moléculas de la sustancia que se adsorbe. Esta gran superficie se adquiere cuando el material carbonáceo se somete a altas temperaturas y se inyecta súbitamente vapor de agua, nitrógeno, bióxido de carbono, argón o algún otro gas inerte. Este repentino cambio en la estructura interna del material provoca un gran número de huecos de tamaño microscópico, cuya superficie es receptiva a la retención de moléculas con una cierta estructura o estereoquímica. (Facultad deCiencias Quimicas - Universidad de Chihuahua, 2014).

Dicho lo anterior, antiguamente el tratamiento del agua tenía como objetivo principal la clarificación y la remoción de organismos patógenos, para lo cual se desarrollaron técnicas de coagulación, floculación, sedimentación y desinfección. No obstante con el desarrollo poblacional, se ha evidenciado una intensa producción y uso de nuevas sustancias químicas como agro - tóxicos, fármacos y hormonas sintéticas, por lo cual se da la necesidad de emplear nuevas técnicas de tratamiento o variantes de las convencionales como lo son adsorción en carbón activado, procesos de oxidación avanzada, precipitación química, volatilización y procesos de separación por membranas.

Aunque la presencia de compuestos farmacéuticos en el agua potable es un tema emergente, los productos farmacéuticos aún no están regulados para el agua potable y es de gran importancia saber si los tratamientos aplicados en las plantas de tratamiento de agua potable (PTAP) pueden eliminar compuestos farmacéuticos. Por otra parte, poco se sabe acerca de la ocurrencia y el destino de los subproductos (metabolitos y transformación de productos) que se forman durante el tratamiento de agua potable y sus efectos eco – tóxicos.

Los tratamientos convencionales han sido reportados ineficaces en la eliminación de la mayoría de los productos farmacéuticos, con una eficiencia de < 5 – 40 %, mientras que los procesos de tratamiento más avanzados, tales como la ozonización, la oxidación avanzada, el carbón activado, la nano - filtración y la ósmosis inversa pueden lograr mayores tasas de eliminación; la ósmosis inversa, por ejemplo, puede eliminar más del 99% de las grandes moléculas de productos farmacéuticos.

En general, el porcentaje eliminado depende de varios factores, tales como la estructura molecular de los productos farmacéuticos, el tipo y la dosis de coagulante, presencia y características de la materia orgánica disuelta , mecanismo de la coagulación y condiciones experimentales. Sin embargo, el uso de procesos avanzados en PTAPs es aún limitada debido a su alto costo, especialmente en los países en desarrollo.

Este trabajo se encargara de la evaluación en la eficiencia de la eliminación del diclofenaco en una solución acuosa mediante la utilización de ozono y la combinación de ozono/carbón

activado ya que en el grupo de investigación de Tratmiento de aguas se ha venido trabajando desde hace 4 años en la degradación y/o transformación de compuestos farmacéuticos y aguas residuales hospitalarias aplicando diferentes tecnologías para tratamiento de agua. En relación con el DCF ya se ha estudiado su comportamiento aplicando ozono, ozono/UV, ozono/peróxido de hidrogeno entre otros. Los resultados mostraron una degradación parcial y producción de subproductos que interfieren en la medición. Por lo anterior, ahora se quiere estudiar la combinación de esta tecnologías ya estudiadas con filtración utilizando carbón activado- El carbón activado ha mostrado ser un material apropiado y de fácil acceso en la remoción de compuestos farmacéuticos inclusive las hormonas.

BIBLIOGRAFÍA

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Facultad de Ciencias Quimicas - Universidad de Chihuahua. (13 de Marzo de 2014). Ingeniería de Tratamiento y Acondicionamiento de Aguas, Tratamiento con carbon activado. Obtenido de http://www.oocities.org/edrochac/sanitaria/carbon6.pdf

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Xavier Domènech, W. F. (20 de 01 de 2012). Procesos avanzados de oxidación: Parte 1: Procesos avanzados de oxidación para la eliminación de contaminantes. Obtenido de estrucplan on line: https://www.estrucplan.com.ar/Producciones/entrega.asp?IdEntrega=2948

Zhang, Y., GeiBen, S. U., & Gal, C. (2008). Carbamazepine and diclofenac: removal in wastewater treatment plants and ocurrence in water bodies. Chemosphere 73, 1151- 1161.