ES2691072T3 - Tratamiento del agua - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para tratar agua que comprende microcontaminantes orgánicos que utiliza una fuente de energía y un aditivo, caracterizado porque la fuente de energía es radiación UV y el aditivo comprende ácido perfórmico, donde el agua a ser tratada es sometida a radiación UV durante y/o después de la adición al agua del aditivo que comprende ácido perfórmico, y el ácido perfórmico se añade a las aguas en una cantidad de 5 a 50 mg/L, donde los microcontaminantes orgánicos se seleccionan de plaguicidas, residuos farmacéuticos, hormonas, retardantes de la llama, plastificantes y compuestos perfluorados, o cualquier combinación de los mismos.
Description
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DESCRIPCION
Tratamiento del agua Campo de la invención
La presente invención se refiere a un tratamiento de agua para descomponer microcontaminantes orgánicos. Antecedentes
En la actualidad, el uso, y por lo tanto la necesidad, de agua purificada está creciendo rápidamente en todo el mundo. Se están haciendo esfuerzos para producir agua pura a partir de agua menos pura que antes utilizando menos productos químicos sin, sin embargo, aumentar considerablemente el costo del procedimiento de purificación. Además, existe la necesidad de utilizar productos químicos biodegradables o, por lo demás, menos nocivos, y también productos químicos que no formen compuestos que tengan efectos perjudiciales para la salud. La purificación del agua bruta para producir agua potable normalmente incluye una filtración mecánica, generalmente un procesado biológico, y la adición de sustancias químicas purificadoras del agua en diferentes etapas del procedimiento de purificación para mejorar la purificación y/u oxidar la materia orgánica e inorgánica y los organismos.
Para desinfectar las aguas residuales tradicionalmente se usa la cloración. La cloración es bastante efectiva contra las bacterias, pero tiene una menor eficacia contra, por ejemplo, los virus. Además, la cloración da lugar a subproductos potencialmente tóxicos y mutágenos, lo que ha llevado a la disminución de la cloración como método de desinfección.
La ozonización se puede utilizar para desinfectar las aguas residuales. Muchos sistemas municipales de agua potable matan bacterias con ozono en lugar de con el cloro, más común. El ozono también tiene un potencial de oxidación muy alto. El ozono también tiene la capacidad de eliminar los sólidos de las aguas residuales por oxidación y seguido por la flotación física.
El ozono escinde los enlaces carbono-carbono y se puede usar para descomponer material orgánico. Incluso bajas concentraciones de ozono pueden ser destructivas para los materiales orgánicos.
El carbón activado comprende pequeños poros de bajo volumen que aumentan el área específica disponible para adsorción o reacciones químicas. El carbón activado se utiliza en muchas aplicaciones, por ej., purificación de agua y tratamiento de aguas residuales, donde se puede utilizar para atrapar impurezas no deseadas.
La radiación UV se ha convertido en un método cada vez más popular para la desinfección del agua debido a que es un método no químico y respetuoso con el medio ambiente. Sin embargo, el uso de radiación UV a niveles convencionales a menudo no es lo suficientemente efectivo para reducir el nivel de microorganismos a los valores aceptables requeridos por las autoridades. Para cumplir con estos requisitos, los usuarios deben invertir grandes sumas en más capacidad de radiación UV o en una mayor frecuencia de limpieza y/o intercambio de las lámparas UV.
Los virus entéricos son virus que se pueden multiplicar en el tracto gastrointestinal de seres humanos o animales. Se sabe que más que 140 virus entéricos infectan a los seres humanos, incluidos los virus que causan enfermedades gastrointestinales comunes, hepatitis, meningitis, poliomielitis y enfermedades febriles no específicas. Además, algunos virus entéricos también han sido asociados con enfermedades crónicas, por ejemplo, diabetes mellitus y síndrome de fatiga crónica.
Los procedimientos actuales de desinfección del agua solo son capaces de reducir la cantidad de virus entéricos en el agua usando altas dosis de productos químicos.
Además de utilizar aditivos bastante costosos, grandes cantidades de aditivos y/o aditivos químicos no muy respetuosos con el medio ambiente, los métodos conocidos utilizados para la reducción de microorganismos en el agua no son tan efectivos para reducir la cantidad de virus entéricos.
La publicación "lnactivation of enteric microorganisms with chemical disinfectants, UV irradiation and combined chemical/UV treatments" de J. Koivunen y H Heinonen-Tanski, Water Research 39 (2005) 1519-1526, describe las eficacias de desinfección entre ácido peracético (PAA), peróxido de hidrógeno e hipoclorito de sodio. También se describe la evaluación de los efectos sinérgicos con el uso combinado de UV. Sin embargo, la desinfección combinada PAA/UV no logró ningún efecto sinérgico significativo en comparación con el uso solo de PAA. El ácido peracético (PAA) es un desinfectante eficaz contra las bacterias entéricas, pero no tan eficaz contra los virus, las esporas bacterianas y los quistes de protozoos. Sólo mediante el uso de dosis altas, p. ej., 7-15 mg/L, de PAA puede MS2 ser inactivado (reducción logarítmica 1 - 1,5). El PAA en combinación con la irradiación UV ha demostrado ser eficaz contra las bacterias entéricas, pero no se observa ningún efecto sinérgico en la reducción de la cantidad de MS2, en comparación con el tratamiento sólo con PAA.
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Los microcontaminantes son contaminantes que existen en concentraciones muy pequeñas en el agua. En aguas naturales, los organismos acuáticos están expuestos a numerosos microcontaminantes orgánicos e inorgánicos (definidos como contaminantes traza sintéticos y naturales presentes en el agua en concentraciones bajas a muy bajas, desde ng/litro hasta |jg/litro). Los microcontaminantes orgánicos, que son casi exclusivamente de fabricación humana, también están presentes en las aguas naturales. Sus fuentes son diversas, desde la descarga de aguas residuales e instalaciones industriales hasta el agua de las tierras agrícolas que arrastra plaguicidas. Por lo tanto, los organismos acuáticos pueden estar expuestos a una mezcla de numerosos contaminantes originados en las actividades industriales, agrícolas y domésticas. Además, estos microcontaminantes generalmente no se eliminarán en los procesos convencionales de tratamiento de aguas brutas y, por lo tanto, estarán presentes, por ej., en el agua potable. Hay una cantidad cada vez mayor de diversos microcontaminantes orgánicos que entran al medio ambiente. Los compuestos que perturban la endorcina (EDC) son particularmente preocupantes ya que estos contaminantes traza tienen el potencial de interferir con el sistema hormonal de los organismos vivos. Por lo tanto, si no se eliminan o descomponen hasta un valor requerido, estos microcontaminantes pueden afectar al desarrollo, la reproducción y la fertilidad, así como causar otros efectos dañinos. Entre los EDCs sospechosos están los microcontaminantes que se originan en los productos farmacéuticos, plaguicidas, productos para el cuidado personal, productos ignífugos, así como algunos compuestos naturales tales como las hormonas.
Los métodos de tratamiento convencionales pueden eliminar parte de la carga de microcontaminantes orgánicos, sin embargo, se necesitan métodos avanzados para eliminar los microcontaminantes recalcitrantes y mejorar el nivel de descomposición. Para estos fines deben utilizarse las alternativas más respetuosas con el medio ambiente tanto como sea posible. Además, deben minimizarse las etapas de tratamiento y la cantidad de aditivos, necesarios para el tratamiento terciario de las aguas, para garantizar la rentabilidad de todo el sistema de tratamiento.
La publicación "Performic acid (PFA): test on an advanced primary effluent show promising disinfection performance" de R. Gehr et al., Water Science & Technology, vol. 59, no 1, 2009, páginas 89-96, describe un tratamiento del agua que usa ácido perfórmico como agente antimicrobiano. El documento US2007/163966 describe un procedimiento para regenerar el agua efluente dentro de la industria de procesado de alimentos.
El documento WO 02/054866 describe un procedimiento para reducir la contaminación microbiana en aves de corral. El documento WO 2012/004772 describe una forma de esterilizar aguas usando un biocida.
El documento US 2013/0220941 describe un método para la purificación continua de aguas residuales utilizando ácido peracético. El documento US5348665 describe métodos para la degradación de sustancias nocivas, tales como contaminantes, especialmente formaldehído, en agua por medio de compuestos que forman radicales hidroxilo, especialmente peróxido de hidrógeno, bajo radiación UV. Todavía existe la necesidad de mejorar la reducción de microorganismos, como los virus entéricos, y/o la descomposición de microcontaminantes orgánicos, pero también de reducir la cantidad de aditivos necesarios en los tratamientos del agua y de usar alternativas más respetuosas con el medio ambiente.
Sumario de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para el tratamiento de aguas que comprendan microcontaminantes orgánicos utilizando una fuente de energía y un aditivo caracterizado porque la fuente de energía es la radiación UV y el aditivo comprende ácido perfórmico.
Otro objeto de la presente invención es reducir las cantidades de aditivos químicos y/o proporcionar productos químicos más respetuosos con el medio ambiente en la desinfección del agua.
Un objeto adicional de la presente invención es reducir el ensuciamiento de las lámparas UV usadas en el procedimiento de acuerdo con la presente invención.
La presente invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de aguas que comprenden microcontaminantes usando una fuente de energía y un aditivo. La fuente de energía es la radiación UV y el aditivo comprende ácido perfórmico (PFA). Mediante la combinación de PFA y radiación UV se puede lograr una mayor reducción de bacterias y/o virus, y/o una mayor descomposición de microcontaminantes orgánicos en comparación con los procedimientos actualmente usados y también en comparación con el uso sólo de PFA o sólo de radiación UV. Por lo tanto, la combinación logra un efecto que puede ser aditivo o sinérgico. Las plantas existentes para la desinfección de aguas pueden adaptarse fácilmente para implantar la presente invención.
El procedimiento es para la descomposición de los microcontaminantes.
Los microcontaminantes orgánicos se seleccionan de plaguicidas, residuos farmacéuticos, hormonas, retardantes de llama, plastificantes y compuestos perfluorados, o cualquier combinación de los mismos.
De acuerdo con una realización, los microcontaminantes orgánicos pueden seleccionarse del grupo de la atrazina, lindano, carbamazepina, diclofenac, sulfametoxazol, gemfibrozilo, etenilestradiol, oxibenzona y cetona de almizcle, o cualquier combinación de los mismos.
El agua que tratar se somete a radiación UV durante y/o después de la adición al agua del aditivo que contiene ácido perfórmico.
El ácido perfórmico se añade a las aguas a degradar en una cantidad de 5 a 50 mg/L, y preferiblemente 10-25 mg/L.
Según una realización, la adición de ácido perfórmico se realiza intermitentemente como una dosificación 5 instantánea de choque en una cantidad de 5 a 50 mg/L.
La presente invención también se refiere al uso de una fuente de energía y un aditivo para el tratamiento del agua para la degradación de microcontaminantes en dicha agua, caracterizada porque la fuente de energía es la radiación UV y el aditivo comprende ácido perfórmico, y en la que a tratar se somete a radiación UV durante y/o después de la adición al agua del aditivo que contiene ácido perfórmico, y el ácido perfórmico se agrega a las aguas en una 10 cantidad de 5 a 50 mg/L.
La presente invención se refiere a un procedimiento para la degradación de microcontaminantes en agua usando una fuente de energía y un aditivo. La fuente de energía es la radiación UV y el aditivo comprende ácido perfórmico (PFA). Los microcontaminantes orgánicos se seleccionan de plaguicidas, residuos farmacéuticos, hormonas, retardantes de la llama, productos para el cuidado personal, plastificantes y compuestos perfluorados, o cualquier 15 combinación de los mismos. Los ejemplos pueden ser residuos de píldoras anticonceptivas, antibióticos o analgésicos. Para ejemplificar algunos compuestos, los microcontaminantes orgánicos pueden seleccionarse del grupo de la atrazina, lindano, carbamazepina, diclofenac, sulfametoxazol, gemfibrozilo, etenilestradiol, oxibenzona y cetona de almizcle, o cualquier combinación de los mismos. Los microorganismos pueden ser influenciados, como las bacterias y/o los virus. Los virus bacteriófagos, tales como MS2, pueden eliminarse. Las bacterias entéricas, 20 tales como Escherichia coli, Enterococcus faecalis y Enterococcus faecium y/o los virus entéricos pueden ser influenciados. Mediante la combinación de PFA y radiación UV se puede lograr una mejor y más completa degradación de los microcontaminantes orgánicos en comparación con los procedimientos actuales y también en comparación con el uso de solo ácido o solo radiación UV. Así, la combinación logra un efecto que puede ser aditivo o sinérgico. Las plantas existentes para la desinfección del agua y/o la degradación de los microcontaminantes 25 orgánicos pueden adaptarse fácilmente para implantar la presente invención.
El agua que tratar se somete a radiación UV durante y/o después de la adición del aditivo que contiene PFA al agua.
El PFA se agrega a las aguas a tratar en una cantidad de 5 a 50 mg/L, y preferiblemente 10-25 mg/L.
En una realización adicional, la adición de PFA se realiza de forma intermitente como una dosificación de choque instantánea en una cantidad de 5 a 50 mg/L.
30 La presente invención también se refiere al uso de una fuente de energía y un aditivo para la reducción de la presencia de microorganismos en el agua, en donde la fuente de energía es la radiación UV y el aditivo comprende ácido perfórmico.
Las aguas que tratar pueden ser aguas residuales, por ej., aguas residuales tratadas secundarias. La invención se define mediante el conjunto de reivindicaciones adjuntas.
35 Descripción detallada de realizaciones ejemplo
En la presente solicitud, la expresión "microorganismos" incluye bacterias, virus, hongos, protestas, arqueas y priones.
En la presente solicitud, la expresión "microcontaminantes" incluye microcontaminantes orgánicos tales como plaguicidas, residuos farmacéuticos, hormonas, retardantes de la llama, plastificantes, compuestos perfluorados y 40 otros.
En la presente solicitud, la expresión "residuos farmacéuticos" debe interpretarse como que incluye productos farmacéuticos sobrantes, productos farmacéuticos no descompuestos y productos farmacéuticos parcialmente descompuestos.
Las Escherichia, especialmente E. coli y los Enterococos, especialmente E. faecalis y E. faecium, son bacterias 45 indicadoras comunes utilizadas en los ensayos de calidad del agua y el bacteriófago MS2 es un sustituto común de los virus entéricos que potencialmente podrían contaminar las muestras de agua del campo.
La bacteria Escherichia coli pertenece a la familia Enterobacteriaceae y es la principal bacteria indicadora utilizada en las pruebas de pureza del agua. La presencia de E. coli significa que el agua puede estar contaminada con desechos fecales humanos o animales y, por lo tanto, sirve como indicador de que pueden estar presentes otras 50 bacterias o virus potencialmente dañinos. E. coli se usa con mayor frecuencia en la comprobación del agua porque su respuesta a la radiación ultravioleta ha sido bien caracterizada.
Enterococcus es un género de bacterias del ácido láctico del filo Firmicutes. Los Enterococos son cocos grampositivos que a menudo se presentan en pares (diplococos) o cadenas cortas. Dos especies son organismos
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comensales comunes en los intestinos de los seres humanos: E. faecalis y E. faecium. En el agua, el nivel aceptable de contaminación de estas bacterias es muy bajo. El nivel de Enterococcus spp. se usa en algunas áreas como estándar para el control de la calidad del agua.
El bacteriófago MS2 es de la familia Leviviridae y tiene ARN monocatenario positivo y tiene la misma forma y tamaño que los virus entéricos. Típicamente, infecta al Bacillus subtilis, pero comúnmente se propaga en Escherichia Coli en el laboratorio. MS2 es un sustituto muy común para los enterovirus que infectan los suministros de agua, ya que se ha demostrado que el fago responde de manera similar al tratamiento con luz UV. La similitud de MS2 en la inactivación UV, junto con su facilidad y seguridad de propagación en el laboratorio lo convierten en el organismo sustituto perfecto para las pruebas de UV. De hecho, la EPA realmente define MS2 como "un bacteriófago no patógeno usado comúnmente como un organismo de desafío en la prueba de validación de reactores de UV".
De acuerdo con el presente método, se añade PFA a las aguas a tratar en una cantidad de 5 a 50 mg de PFA por litro de agua a tratar. Para poder descomponer los microcontaminantes se debe añadir una cantidad de 5 a 50 mg de PFA por litro de agua. Por ej., los microcontaminantes de las aguas se pueden descomponer usando una cantidad de 5-50 mg/L, y preferiblemente 10-25 mg/L de PFA por litro de agua. Por ej., las aguas se pueden desinfectar usando una cantidad de 0,1-5 mg/L, preferiblemente 0,2-4 mg/L, preferiblemente 0,3-2 mg/L, y preferiblemente 0,4-1 mg/L de PFA por litro de agua.
Sin embargo, debido al material orgánico y/o a los microorganismos presentes en el procedimiento, la eficiencia de la lámpara UV puede reducirse debido a la suciedad, específicamente en la posición del aparato donde la lámpara UV está irradiando las aguas. Al aumentar intermitentemente la dosificación de PFA, el procedimiento se lleva a cabo sin un efecto UV reducido debido al ensuciamiento. El procedimiento se realiza con una adición continua de PFA. La adición continua de PFA se mantiene principalmente en una cantidad de 0,1 a 5 mg de PFA por litro de agua, pero de forma intermitente se añade instantáneamente a las aguas una dosis incrementada, una dosis de choque, de PFA. Antes y después de cada adición de una dosis de choque de PFA, la adición de PFA se mantiene en una cantidad de 0,1-5 mg/L. La reducción del ensuciamiento del aparato en la lámpara UV se lleva a cabo mediante dosificación instantánea de choque utilizando cantidades de PFA en el extremo superior del intervalo descrito anteriormente, p. ej., 5-50 mg/L, 10-50 mg/L ó 15-40 mg/L. Dependiendo de la intensidad del ensuciamiento en las superficies de la lámpara UV, la suma semanal de períodos de dosificación de choque está entre 0,3-30 h. La dosificación de choque se puede aplicar usando secuencias diferentes, como dosis cortas aplicadas a menudo o dosis largas aplicadas con menos frecuencia. En una realización, la dosificación de choque se aplica 1-3 veces a la semana, en otra realización cada 6 horas. El aditivo que contiene PFA puede ser una disolución de equilibrio en PFA. Una forma típica de preparar disoluciones en equilibrio de PFA es mezclar ácido fórmico con peróxido de hidrógeno. Puede usarse un catalizador, por ejemplo, un ácido mineral tal como el ácido sulfúrico. Se añade PFA al agua y se deja reaccionar. El agua que desinfectar y someter a degradación de los compuestos orgánicos se somete a radiación Uv durante y/o después de la adición de PFA al agua. El tiempo de reacción del PFA no está limitado, pero típicamente es de hasta 60 minutos, preferiblemente de 1 a 30 min, preferiblemente de 2-10 minutos. El PFA se degrada en unas pocas horas y los productos de degradación final después de entrar en el recipiente son agua y dióxido de carbono. Por lo tanto, el PFA tiene efectos negativos bajos sobre el medio ambiente. Se describe que la combinación del tratamiento con PFA con la radiación UV es más efectiva para reducir las cantidades de MS2 (el organismo de ensayo sustituto de los virus entéricos) que estos desinfectantes utilizados solos y por separado. Una explicación para esto puede ser los radicales libres producidos por fotólisis de PFA. Asimismo, combinando el tratamiento con PFA con la radiación UV la degradación de microcontaminantes orgánicos es más efectiva para reducir las cantidades de, por ej., residuos farmacéuticos que estos componentes degradantes usados solos y por separado.
Los coliformes fecales son un grupo de especies de bacterias (principalmente Escherichia) presentes en el tracto intestinal y las heces de los animales de sangre caliente y los seres humanos. La presencia de estas bacterias en el agua indica la presencia de desechos humanos o animales y que en el sistema de agua puede haber patógenos (organismos causantes de enfermedades). Se describe que la combinación del tratamiento con PFA con la radiación UV también es más efectiva para reducir las cantidades de E. coli y Enterococos que estos desinfectantes usados solos y por separado. La combinación del tratamiento con PFA con radiación UV también es más efectiva en la descomposición de atrazina, lindano, carbamazepina, diclofenac, sulfametoxazol, gemfibrozilo, etenilestradiol, oxibenzona, cetona de almizcle, presentes en aguas a tratar, que dichos componentes degradantes usados solos y por separado.
La dosis de radiación UV está por debajo de 200 mJ/cm2, típicamente 5-200 mJ/cm2. La dosis de radiación UV para la descomposición de microcontaminantes puede estar en el intervalo de 5-200 mJ/cm2, por ej., 50-180 ó 70-150 mJ/cm2. La dosis de radiación UV para la reducción de microorganismos puede estar en el intervalo de 5-200 mJ/cm2, por ej. 5-50 mJ/cm2, y preferiblemente de 10-30 mJ/cm2. La dosis está determinada por la intensidad de la radiación UV y por su duración.
La longitud de onda de la radiación UV es 180-320 nm, preferiblemente 200-290 nm.
El agua que tratar es, por ejemplo, agua residual, agua de refrigeración, agua de proceso o agua potable.
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Ejemplos
Ejemplo de referencia 1
La fuente de ácido perfórmico utilizada en los ensayos fue DEX-135® (Kemira, disolución en equilibrio con 13,5 p/v- % de PFA (13,5 g PFA/100 mL)).
Se añadió DEX-135® recién preparado al efluente de aguas residuales (500 mL) que se enriqueció con colifagos de ARN (MS2) hasta contener 38534 PFU/mL de MS2 y se mezcló continuamente con un agitador magnético. El PFA se inactivó después de 10 minutos de tiempo de contacto al agregar 500 pL de Na2S2O3 al 10% (Merck) y 5 pL de catalasa (Sigma Catalase) a estos efluentes de 500 mL tratados con PFA. Las concentraciones ensayadas de PFA en el efluente fueron de 0,5 hasta 7 ppm.
Desinfección UV con dispositivo colimador: El ensayo se realizó con 50 mL de efluente de aguas residuales. Las aguas se recogieron en los cilindros y se enriquecieron con colifagos de ARN (MS2) hasta contener 38534 PFU/mL de MS2 y se mezclaron. Se tomaron 10 mL de esta agua en placas Petri (diámetro 6 cm) y se expusieron a UV usando un haz colimado (intensidad I0 en la superficie del agua 0,22 mWs/cm2) con mezcla continua con agitador magnético. El tiempo de exposición a la radiación UV fue de 0,5, 1 y 2 minutos correspondientes a dosis de UV de 6,6, 13,2 y 26,4 mWs/cm2. La longitud de onda fue de 253,7 nm.
Experimento de desinfección con PFA + UV: Un efluente de aguas residuales, que se enriqueció con colifagos de ARN (MS2) hasta contener 38534 UFP/mL de MS2 y se mezcló, se trató en primer lugar con PFA con una dosis de 0,75 mg/L de muestra de agua residual. Después de 4 minutos de tiempo de contacto, esta agua residual tratada con PFA se hizo fluir a través del dispositivo colimador de radiación UV con un caudal específico, por lo que la dosis de UV fue de 21,5 mWs/cm2. La muestra de aguas residuales para análisis microbiano se tomó a los 9 minutos después del tratamiento con PFA (es decir, antes del tratamiento con UV) y justo después del tratamiento con UV a un tiempo total de contacto de tratamiento con PFA de 10 minutos. El PFA residual se inactivó como se hizo en los ensayos experimentales con ácido perfórmico.
Determinación de microorganismos: Los análisis microbiológicos se iniciaron pocos minutos después del segmento de desinfección del experimento. Los colifagos MS2 se determinaron en agar TYG de fagos basándose en el método ya descrito de doble capa de agar (Adams, 1959), con Escherichia coli ATCC 15597 y 13706, respectivamente como bacterias hospedadoras y una incubación durante toda la noche a 37°C. Después de la incubación, se contaron las placas de virus y se calcularon los resultados como PFU/mL (PFU = unidad formadora de placas) y también se determinó el porcentaje de reducción. Los métodos de determinación para los colifagos utilizados están de acuerdo con la norma ISO 10705-2 (para colifagos somáticos).
La combinación de UV y PFA, así como el efecto de los dos tratamientos solos se probaron contra los colifagos MS2. Se calculó la dosis requerida para la eliminación del 90%/(1 log) y se presenta en la Tabla 1. El índice sinérgico se calculó mediante el método presentado por F. C. Kull et al., Applied Microbiology, vol. 9 (1961), p. 538. Aquí, el índice sinérgico se calculó utilizando la siguiente fórmula:
Índice sinérgico SI = Qa/QA + Qb/QB.
Al aplicar esta fórmula al sistema biocida probado en el presente contexto, los parámetros en la fórmula tienen los siguientes significados:
Por ejemplo, en la reducción 1 log:
Qa = Concentración del biocida A en la mezcla de biocida
QA = concentración de A como el único biocida
Qb = Concentración de biocida B en la mezcla de biocidas
QB = concentración de B como el único biocida.
El índice sinérgico se calculó para una reducción de 1 log. En todos los cálculos, tanto Qa (dosis de PFA) como Qb (dosis de UV) se eligen entre los utilizados en el estudio y el otro se calcula a partir del ajuste lineal de los puntos de datos.
El índice de sinergia (SI) calculado usando estos resultados es 1 (= efecto aditivo). Esto indica que el efecto de combinación de UV y PFA es al menos aditivo y cercano a la sinergia.
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Tabla 1. Comparación de los resultados de PFAy UV en el agua residual efluente para una reducción de 1 log de
MS2.
- Microbios
- PFA (mg/L) UV (mWs/cm2) PFA mg/L + UV mWs/cm2
- MS2
- 3,5 27,2 0,75 + 21,5
Ejemplo de referencia 2
Dado que el efluente de aguas residuales podría contener menos que 100 cfu/mL (104 cfu/100 mL) de E. coli y Enterococos, se añadieron a las aguas residuales estos microorganismos para que el número de estos microorganismos se mantuviera en un nivel de 104-105 cfu/mL, permitiendo estudiar mejor la reducción. E. coli ATCC 15597 y Enterococcus faecalis ATCC 29212 se produjeron en caldo de extracto de levadura y triptona como cultivos agitados por sacudidas durante toda la noche a 37°C y se mantuvieron a 4°C durante el experimento. Los números de E. coli y Enterococos (que, por lo tanto, contienen tanto los naturales como los enriquecidos) se recontaron de efluentes a efluente después de desinfecciones utilizando agar Chromocult (Merck) y se confirmaron mediante producción de indol por E. coli y agar Slanetz-Bartley (Labema) para Enterococos incubados a 37°C durante 1 y 2 días, respectivamente.
El efluente de aguas residuales recién preparado enriquecido se trató con DEX-135® nuevo con concentraciones de PFA de 0,25 mg/L, 0,5 mg/L y 1,0 mg/L en el agua residual, de modo que el tiempo de contacto bajo mezcla fue de 10 minutos y la reacción se interrumpió con 1 mL de Na2S2O3 al 10% y 10 pL de catalasa (Sigma) para una mezcla de reacción de 1 L. Los recuentos de E. coli y Enterococos se realizaron como para el agua residual reciente manteniendo la mezcla a 4°C durante menos que 5 horas antes de comenzar el análisis.
Sólo irradiación UV: el efluente de aguas residuales enriquecido se mezcló y se trató en un dispositivo colimador (intensidad UV de 0,22 mW/cm2 en la superficie de la disolución) para tratar las irradiaciones UV usando solo UV 15 mWs/cm2, solo UV 25 mWs/cm2 y solo UV 50 mWs/cm2 Los recuentos de E. coli y Enterococos se determinaron como anteriormente.
Ensayos combinados con PFA y UV: el efluente de aguas residuales enriquecido se trató con PFA de modo que sus concentraciones fueran 0,25 y 0,5 y 1,0 mg/L y las irradiaciones UV fueran 15, 25 y 50 mWs/cm2 como todos tres veces tres combinaciones de PFA y UV. El efecto de solo PFA fue primero durante 60 segundos y luego se inició la irradiación UV encendiendo la lámpara y después de las dosis de irradiación deseadas la lámpara se apagó y el tiempo de tratamiento total con PFA continuó hasta 10 minutos y luego se inactivó como tratamiento con PFA.
Se analizaron E. coli y Enterococos mediante la técnica de extensión en placa. E. coli se cultivó en agar Chromocult (Merck, KGaA, Alemania) y se incubó a 37°C durante 21+3 h (prefiriéndose 2 días) y los Enterococos en agar Slanetz & Bartley (Lab M, IDG plc, Bury, Lancashire, UK) y se incubaron a 37°C durante 48+3 h. E. coli fue confirmado mediante oxidasa. Los recuentos bacterianos se calcularon como CFU/mL (CFU = Unidad formadora de colonias) y también se determinaron las reducciones. Estos métodos de determinación bacteriana se describen en ISO-9308-1 (E. coli) y SFS-EN ISO 7899-2 (Enterococos).
El efecto sobre E. coli con el tratamiento combinado de UV y PFA se puede ver en la Tabla 2 y el efecto sobre Enterococos en la tabla 3. Una combinación de PFA y UV da una mayor reducción de E. coli y Enterococos que los tratamientos individuales solos. También es obvio que se pueden lograr ahorros sustanciales de energía UV.
Tabla 2. El efecto de los tratamientos sobre E. coli
- Tratamiento
- Reducción log
- UV 25 mWs/cm2
- 1,72
- PFA 0,25 mg/L
- 1,72
- PFA 0,25 mg/L + UV 25 mWs/cm2
- 3,52
Tabla 3. El efecto de los tratamientos sobre Enterococos
- Tratamiento
- Reducción log
- UV 15 mWs/cm2
- 1,12
- PFA 0,25 mg/L
- 3,08
- PFA 0,25 mg/L + UV 15 mWs/cm2
- 4,53
5
10
15
20
25
Ejemplo de referencia 3
Los efectos aditivos y sinérgicos se calcularon a partir de los resultados de los tratamientos del ejemplo 2. Se realizaron los gráficos de reducción log frente a dosis y los valores dados más adelante se interpolaron a partir de la función lineal de los puntos de datos. Mediante la combinación de dosis interpoladas de UV y PFA se pueden observar efectos aditivos y sinérgicos. Como ejemplo, una combinación de 0,06 mg/L de PFA y una dosis UV de 15 mWs/cm2 muestra un efecto sinérgico. Para obtener la misma reducción de E. coli mediante los tratamientos individuales solos, se necesitan respectivamente 0,33 mg/L de PFA y 21,5 mWs/cm2 de UV. El índice de sinergia (SI) es 0,88, lo que indica una sinergia. La combinación de 0,22 mg/L de PFA y 15 mWs/cm2 de UV da un SI de 1, lo que significa un efecto aditivo. Los resultados se pueden ver en la Tabla 4.
Tabla 4. Valores SI en experimentos con E. coli
- Reducción Log
- 1,5 2
- PFA solo mg/L (Qa)
- 0,33 0,44
- UV solo (Qb)
- 21,46 28,61
- PFA mg/L en combinación con UV (Qa)
- 0,06 0,22
- UV en combinación con PFA (Qb)
- 15 15
- SI
- 0,88 1,02
Otro ejemplo muestra los resultados para Enterococos. Las combinaciones de PFA 0,03 mg/L y UV 15 mWs/cm2, PFA 0,19 mg/L y UV 15 mWs/cm2, y PFA 0,35 mg/L y UV 15 mWs/cm2 muestran todas efectos sinérgicos, mientras que la combinación PFA 0,52 mg/L y UV 15 mWs/cm2 muestra un efecto aditivo. Los resultados se pueden ver en la Tabla 5.
Tabla 5. Valores SI en experimentos con Enterococos
- Reducción Log estudiada
- 2,5 3 3,5 4
- PFA solo mg/L (Qa)
- 0,47 0,56 0,66 0,75
- UV solo (Qb)
- 28,84 34,60 40,37 46,14
- PFA mg/L en combinación con UV (Qa)
- 0,03 0,19 0,35 0,52
- UV en combinación con PFA (Qb)
- 15 15 15 15
- SI
- 0,57 0,77 0,93 1,01
Ejemplo de referencia 4
En un reactor discontinuo de laboratorio, se trataron 1100 mL de aguas residuales secundarias de la planta de tratamiento de aguas residuales de Suomenoja enriquecidas con atrazina, lindano, carbamazepina, diclofenac, gemfibrozilo, etenilestradiol, oxibenzona y cetona de almizcle, 5 pg/L de cada uno, con diferentes concentraciones de PFA. (0 a 25 mg/L) y tiempos variables (0 a 15 min) de radiación UV (88 mJ/cm2). El tiempo de reacción total se mantuvo siempre en 15 min y la temperatura de tratamiento estuvo entre 10-15°C. Se analizó la concentración de cada microcontaminante antes y después del tratamiento, y la diferencia se utilizó para calcular la conversión de cada compuesto. Además, se calculó un valor medio de las conversiones (%) de esos 8 compuestos para describir la eficiencia global del tratamiento. Un resumen de los resultados experimentales se muestra en la tabla 6.
Tabla 6. Conversión media (%) de los 8 compuestos
- PFA (mg/L)
- UV (min) Conversión media (%)
- 25
- 15 66,78
- 25
- 5 41,61
- 25
- 1 16,64
- 25
- 0 8,98
- 12,5
- 15 54,18
- 12,5
- 5 36,25
- 12,5
- 1 19,25
- PFA (mg/L)
- UV (min) Conversión media (%)
- 12,5
- 0 5,15
- 5
- 15 47,86
- 5
- 5
- 28,53
- 5
- 1 15,27
- 5
- 0 1,66
- 0
- 15 39,92
- 0
- 5 26,64
- 0
- 1 15,18
- 0
- 0
- 3,78
A partir de la tabla 6 se puede ver que la eficacia del tratamiento aumenta tanto con el aumento de la dosis de PFA como con el aumento del tiempo de radiación UV. Además, a partir de la tabla 6, es evidente que la combinación de PFA y UV muestra un efecto sinérgico en la descomposición de los microcontaminantes.
Claims (6)
- REIVINDICACIONES1. Un procedimiento para tratar agua que comprende microcontaminantes orgánicos que utiliza una fuente de energía y un aditivo, caracterizado porque la fuente de energía es radiación UV y el aditivo comprende ácido perfórmico, donde el agua a ser tratada es sometida a radiación UV durante y/o después de la adición al agua del5 aditivo que comprende ácido perfórmico, y el ácido perfórmico se añade a las aguas en una cantidad de 5 a 50 mg/L, donde los microcontaminantes orgánicos se seleccionan de plaguicidas, residuos farmacéuticos, hormonas, retardantes de la llama, plastificantes y compuestos perfluorados, o cualquier combinación de los mismos.
- 2. El procedimiento según la reivindicación 1, para la descomposición de microcontaminantes.
- 3. El procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, donde los microcontaminantes orgánicos se seleccionan del 10 grupo que consiste en atrazina, lindano, carbamazepina, diclofenac, sulfametoxazol, gemfibrozilo, etenilestradiol,oxibenzona y cetona de almizcle, o cualquier combinación de los mismos.
- 4. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el ácido perfórmico se añade a las aguas a ser degradadas en una cantidad de 10-25 mg/L.
- 5. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1a 4, en el que la adición de PFA de forma 15 intermitente se realiza como una dosificación instantánea de choque en una cantidad de 5 a 50 mg/L.
- 6. Uso de una fuente de energía y de un aditivo para tratar agua para la degradación de microcontaminantes seleccionados de plaguicidas, residuos farmacéuticos, hormonas, retardantes de la llama, plastificantes y compuestos perfluorados, o cualquier combinación de los mismos en dicha agua, caracterizado porque la fuente de energía es la radiación UV y el aditivo comprende ácido perfórmico, y donde el agua a tratar se somete a radiación20 UV durante y/o después de la adición al agua del aditivo que contiene ácido perfórmico, y el ácido perfórmico se añade a las aguas en una cantidad de 5 a 50 mg/L.
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