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Tratamiento electroquímico de aguas residuales textiles y efluentes de hemodiálisis utilizando un ánodo de IrO(2)-Ta(2)O(5) y un cátodo de carbón

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Universitat de Barcelona. Facultat de Química

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[spa] La presencia de CEs en los diferentes cuerpos de agua, particularmente en los efluentes de la industria textil y procedentes de la hemodiálisis, representa un desafío ambiental y sanitario de gran importancia debido a su persistencia, toxicidad y resistencia a los tratamientos convencionales. Estos efluentes contienen una gran variedad de compuestos contaminantes, entre los cuales se incluyen fármacos, colorantes, surfactantes, detergentes y compuestos clorados, hecho que dificulta el cumplimiento de los criterios establecidos por las normas ambientales. En este contexto, los procesos de oxidación electroquímica se han posicionado como alternativas prometedoras por su capacidad de generar agentes oxidantes oxidantes in-situ y lograr una degradación completa en muchos casos. En el presente trabajo se evaluaron distintas estrategias para el tratamiento de aguas residuales procedentes de la industria textil y hemodiálisis a escala de laboratorio. Durante estas pruebas, la electro-oxidación (EO) se implementó empleando un ánodo de IrO(2)-Ta(2)O(5)Ti en sistemas de tratamiento acoplados con cátodos de malla de titanio o papel de carbón, operados con y sin flujo de aire, en soluciones electrolíticas de NaCl y Na(2)SO(4) . Además, se determinó la formación de especies oxidantes como peróxido de hidrógeno (H(2)O(2)), radicales hidroxilo (•OH) y cloro activo (Cl(2)/HClO). Asimismo, se evaluó el efecto del electrolito en la degradación de amoxicilina (AMX) y ketorolaco (KET). La eficiencia del proceso EO se analizó mediante cromatografía de líquidos acoplada a espectrofotometría UV-Vis (UPLC-UV/Vis), análisis de carbono orgánico total (COT), así como cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas (LC-MS/MS) para la identificación de intermedios de reacción y, en último término, el seguimiento de la toxicidad. Los resultados evidenciaron que la inclusión de oxígeno al sistema con ayuda de la aireación y el empleo de papel de carbón como cátodo favorecieron la degradación de los contaminantes orgánicos, al potenciar la reacción de reducción de oxígeno vía dos electrones (ORR), mientras que en presencia de aniones cloruro la producción de especies cloradas aceleró la desaparición de dichos contaminantes. De manera complementaria, se utilizó un tren de tratamiento acoplado de dos etapas de electrocoagulación (EC), seguidas de una etapa de EO para el tratamiento de diferentes fármacos (paracetamol, AMX y KET, en una concentración de 30 mg (L(-¹)). Bajo estas condiciones, se alcanzaron eliminaciones de DQO del 64% y de COT del 74%, con un bajo consumo energético (0,84 kWh m(³)), lo que demuestra la viabilidad de la estrategia. Por otra parte, para el tratamiento de aguas residuales textiles se utilizó un tren de tratamiento con ozonólisis, EC y EO, lo cual permitió reducciones significativas de parámetros fisicoquímicos DQO (54,7%), COT (74,5%), sólidos suspendidos totales (96,8%), adquiriendo un pH final neutro (7,7). Estos valores cumplen con los límites establecidos en la NOM-001-SEMARNAT-2021 de México para descargas en cuerpos receptores, y se relacionan con estándares internacionales de calidad de agua, tales como los lineamientos de la FAO/WHO para riego agrícola, la Directiva Marco del Agua de la Unión Europea (EU-WFD) y la normativa iraní para reúso agrícola. En conjunto, los resultados de esta investigación demuestran que los procesos electroquímicos representan una alternativa eficaz y sustentable para el tratamiento de aguas residuales contaminadas con compuestos farmacéuticos y textiles, contribuyendo a los esfuerzos globales por mejorar la calidad del agua y mitigar riesgos ambientales y de salud pública.

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[cat] La presència de contaminants emergents en els diferents cossos d’aigua, particularment els compostos farmacèutics i els efluents de la indústria tèxtil, constitueix un desafiament ambiental i sanitari de gran importància, a causa de la seva persistència, toxicitat i resistència als tractaments convencionals. Aquests contaminants inclouen fàrmacs, colorants, tensioactius, detergents i compostos clorats, els quals dificulten el compliment dels criteris establerts per les normes ambientals. En aquest context, els processos d’oxidació electroquímica s’han posicionat com a alternatives prometedores, per la seva capacitat de generar agents oxidants in situ i aconseguir una degradació més completa i eficient. En el present treball s’han avaluat diferents estratègies per al tractament d’aigües residuals farmacèutiques i tèxtils a escala de laboratori. L’electro-oxidació (EO), utilitzant un ànode d’IrO₂-Ta₂O₅|Ti, es va implementar en sistemes de tractament acoblats amb càtodes de malla de titani o paper de carboni, operats amb i sense flux d’aire, en solucions electrolítiques de NaCl i Na₂SO₄. Es va determinar la formació d’espècies oxidants com peròxid d’hidrogen (H₂O₂), radicals hidroxil (•OH) i clor actiu (Cl₂/HClO), i s’avaluà el seu efecte en la degradació d’amoxicil·lina (AMX) i ketorolac (KET). L’eficiència del procés es va analitzar mitjançant cromatografia líquida (UPLC-UV/Vis), anàlisi de carboni orgànic total (COT), així com LC-MS/MS per a la identificació d’intermediaris de reacció i el seguiment de la toxicitat. Els resultats van evidenciar que l’aireig i l’ús de paper de carboni com a càtode van afavorir la degradació dels contaminants en potenciar la reacció de reducció d’oxigen a dos electrons (ORR), mentre que en medi clorat la producció d’espècies clorades va accelerar la desaparició dels fàrmacs. Aquests resultats van ser obtinguts a nivell de laboratori. De manera complementària, es va utilitzar un tren de tractament acoblat de dues etapes d’electrocoagulació (EC) seguit d’una etapa d’EO per al tractament de diferents fàrmacs (paracetamol, AMX i KET, en una concentració de 30 mg L⁻¹). Sota aquestes condicions, es van assolir remocions de DQO del 64% i de COT del 74%, amb un baix consum energètic (0,84 kWh m⁻³), la qual cosa demostra la viabilitat de l’estratègia. D’altra banda, per al tractament d’aigües residuals tèxtils es va utilitzar un tren de tractament amb ozonòlisi, EC i EO, que va permetre reduccions significatives de paràmetres fisicoquímics: DQO (54,7%), COT (74,5%), sòlids suspesos totals (96,8%) i un pH final neutre (7,7). Aquests valors compleixen amb els límits establerts a la NOM- 001-SEMARNAT-2021 per a abocaments en cossos receptors, i es relacionen amb estàndards internacionals de qualitat de l’aigua, com les directrius de la FAO/WHO per al reg agrícola, la Directiva Marc de l’Aigua de la Unió Europea (EU-WFD) i la normativa iraniana per a la reutilització agrícola. En conjunt, els resultats d’aquesta investigació demostren que els processos electroquímics representen una alternativa eficaç i sostenible per al tractament d’aigües residuals contaminades amb compostos farmacèutics i tèxtils, contribuint als esforços globals per millorar la qualitat de l’aigua i mitigar riscos ambientals i de salut pública.

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cc by-nc (c) Yáñez Ángeles, Moisés Jonathan, 2025

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Tratamiento electroquímico de aguas residuales textiles y efluentes de hemodiálisis utilizando un ánodo de IrO(2)-Ta(2)O(5) y un cátodo de carbón