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Proyecto Fin de Carrera ELIMINACIÓN DE ENTEROCOCOS EN AGUAS DE SALIDA DE DEPURADORAS MEDIANTE PROCESOS FENTON Y FOTO-FENTON Realizado por: Saskia Louwen Pérez Director: Jorge Rodríguez Chueca Ponente: Mª Peña Ormad Melero Ingeniería Química Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente Centro Politécnico Superior. Universidad de Zaragoza Septiembre 2010 AGRADECIMIENTOS: Me gustaría dar las gracias…  A mis padres por su continuo esfuerzo para que yo tuviera siempre las mejores oportunidades. Gracias por vuestro cariño y apoyo. También a Curro por estar siempre dispuesto a hacerme salir de la rutina de escribir la memoria. A Nené por su inagotable cariño y por su interés en mi trabajo.  A Jorge por sus siempre acertados consejos y por su inestimable ayuda. Gracias por ser ante todo un amigo.  A Peña por darme la posibilidad de implicarme en un proyecto tan interesante y por su ayuda especialmente en los momentos más delicados.  A mis compañeros de laboratorio por los buenos momentos vividos juntos, así siempre es más fácil y agradable trabajar. Andrea por su infinita paciencia y dedicación. Diego por su sentido del humor y apoyo. Isabel por su siempre agradecida ayuda y compañía. Nati por estar siempre ahí para todo lo que se le necesita. Tamara por sus ataques de risa contagiosos. Ana y Lorena por vuestros puntos de locura.  A mis amigos por sus continuos ánimos, muy en especial a Lorena y Anais por estar siempre ahí, en los buenos y en los malos momentos, por escucharme cuando lo he necesitado y por todos esos momentos de locura.  A mis compañeros de clase, amigos ante todo y en estas últimas fechas también “compañeros de miserias” en esto de escribir el proyecto. Gracias por vuestro apoyo, consejos y cariño.  A mi “familia” del SPK por hacerme vivir una experiencia inolvidable junto a vosotros. Siempre os voy a tener presentes Malditos y Malditas. Se os quiere y se os echa de menos.  A la Secretaría de Estado de Universidad e Investigación del Ministerio de Ciencia e Innovación, a la Diputación General de Aragón y a la Fundación Caixa Catalunya por la financiación de esta investigación a través del proyecto "Regeneración de aguas depuradas mediante procesos de oxidación avanzada (CTM2008-01876/TECNO)".  A todos aquellos que han formado parte de mi vida de una forma u otra y que han hecho posible el llegar hasta aquí. ELIMINACIÓN DE ENTEROCOCOS EN AGUAS DE SALIDA DE DEPURADORAS MEDIANTE PROCESOS FENTON Y FOTO-FENTON RESUMEN El desarrollo de la sociedad actual implica un aumento en la demanda de agua, lo que unido a la progresiva disminución de los recursos hídricos ha llevado a la necesidad de reutilizar el agua como una posible solución para incrementar los recursos existentes. Para que esta reutilización sea posible el agua ha de someterse a un tratamiento de regeneración a la salida de las Estaciones de Depuración de Aguas Residuales (EDARs). Este tratamiento dependerá del uso final que se le quiera dar al agua regenerada puesto que ha de cumplir los requisitos exigidos por la legislación vigente, en este caso el RD 1620/2007, y estos requisitos varían según la actividad a la que se vaya a destinar el agua. Uno de los factores de mayor riesgo asociados a esta reutilización del agua es la exposición del hombre a agentes biológicos, como son las bacterias patógenas, puesto que causan enfermedades de origen hídrico con altos porcentajes de morbilidad entre la población, por lo que es necesario el control microbiológico de este agua. Entre estos microorganismos destacan: las bacterias de putrefacción como las Pseudomonas, los indicadores fecales entre los que se encuentran Escherichia Coli o Enterococcus sp, así como los patógenos humanos. Tras llevar a cabo la caracterización microbiológica de 5 EDARs reales se constata la presencia de las bacterias consideradas como habituales en aguas de salida de depuradoras en bibliografía. Además se comprueba también que las concentraciones de las poblaciones de las mismas se encuentran dentro del rango establecido en esas fuentes bibliográficas. También es importante el estudio de la supervivencia de las bacterias en función de las condiciones de pH, puesto que la supervivencia permite la cuantificación del efecto de los tratamientos empleados. Para valores de pH iguales o superiores a 5 se garantiza la supervivencia bacteriana. La reproducibilidad del método es buena puesto que el coeficiente de variación obtenido para cultivos de Enterococcus es de un 7%, mientras que para E.coli es de un 14%, por lo que podemos considerar el método como homogéneo. En términos de desinfección, se puede decir que la presencia de peróxido de hidrógeno es fundamental como iniciador de la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) que son las encargadas de reaccionar con los componentes celulares provocando lesiones que conducen a la muerte celular, además es importante la dosis utilizada puesto que para dosis demasiado bajas o demasiado altas, ve reducido su poder desinfectante. La radiación también es favorable en términos de desinfección ya que favorece la formación de ROS. En las condiciones estudiadas, la presencia de hierro no afecta, llegando a ser incluso desfavorable su efecto en ciertas condiciones. Por su parte, un pH más bajo es más favorable en cuanto a la desinfección obtenida. El tratamiento más efectivo en cuanto a desinfección en las condiciones estudiadas, corresponde a aquel con una dosis de peróxido de hidrógeno de 20 mg/L, en ausencia de hierro, con radiación y a pH=5. Índice 1. Introducción y objetivos ............................................................................................................ 1 2. Regeneración de aguas residuales ............................................................................................ 5 2.1 Marco legislativo ............................................................................................................. 5 2.2 Estaciones depuradoras de aguas residuales ...................................................................... 5 2.2.1 Esquema de una EDAR ................................................................................................. 5 2.2.2 Características del agua de salida ................................................................................ 6 2.3 Estaciones regeneradoras de aguas residuales: Tratamiento terciario .............................. 6 3.- Principios teóricos del tratamiento Fenton ............................................................................. 7 3.1.- Introducción: los procesos avanzados de oxidación (POAs) ............................................. 7 3.2.- Tratamiento Fenton .......................................................................................................... 8 3.3.- Tratamiento foto-Fenton .................................................................................................. 9 3.4.- Variables que influyen en el proceso Fenton .................................................................. 10 3.5.- Ventajas e inconvenientes de los procesos Fenton ........................................................ 12 4. Caracterización de muestras de salida de plantas depuradoras ............................................. 13 4.1. Metodología analítica....................................................................................................... 13 4.1.1 Parámetros físico-químicos ........................................................................................ 13 4.1.2 Parámetros microbiológicos....................................................................................... 14 4.2 Indicadores microbiológicos ............................................................................................. 16 4.3 Caracterización microbiológica del agua en las EDARs estudiadas ................................... 16 4.4 Agua de la planta piloto .................................................................................................... 18 4.5 Justificación del uso de la planta piloto ............................................................................ 18 5 Procedimiento experimental.................................................................................................... 19 5.1 Determinación de las condiciones de operación .............................................................. 19 5.2 Preparación de las muestras ............................................................................................. 19 5.3 Ensayos de desinfección a escala de laboratorio .............................................................. 19 5.4 Cultivo y recuento ............................................................................................................. 21 5.5 Reproducibilidad de resultados ........................................................................................ 21 6. Resultados y discusión ............................................................................................................ 23 6.1 Estudio del efecto del pH .................................................................................................. 23 6.2 Resultados de desinfección ............................................................................................... 24 6.2.1 Análisis de variables ................................................................................................... 25 6.2.2 Influencia de la dosis de H2O2 .................................................................................... 31 6.3 Aplicación del proceso a escala real. Costes y dimensionado .......................................... 33 7. Conclusiones............................................................................................................................ 41 8. Bibliografía .............................................................................................................................. 43 ANEXOS .......................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Capítulo 1 Introducción y objetivos 1 1. Introducción y objetivos El agua es esencial para la vida, tanto para la existencia de las personas como para el desarrollo de sus actividades económicas. Sin embargo, el agua es muchas veces un recurso limitado a nivel mundial. A medida que la población y su nivel de vida aumentan, los recursos hídricos son escasos para abastecer las necesidades que conllevan el continuo desarrollo y crecimiento económico de la sociedad. La reutilización directa de aguas residuales se ha desarrollado en los últimos años dado que el aumento de la demanda de agua hace cada vez más patente la evidencia de la escasez de recursos hídricos. La reutilización de aguas residuales depuradas para sustituir otros recursos hídricos convencionales depende de diferentes factores ambientales y sociales. La selección de los procesos y tecnologías necesarios para la regeneración implica el conocimiento previo del tipo de efluentes a tratar (primario, secundario o terciario), su calidad en el tiempo y la calidad exigida al agua regenerada. Lo más habitual es que se regeneren efluentes secundarios o terciarios. Las condiciones para la reutilización de aguas residuales están establecidas en el Real Decreto 1620/2007 de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas, donde se fijan los límites de algunos parámetros globales que deben cumplir estas aguas según el uso al que finalmente vayan destinadas (B.O.E., 2007). En este RD se recogen los usos admitidos y no admitidos para las aguas regeneradas así como los valores máximos de sólidos en suspensión, turbidez y E. coli que se permiten para dichos usos (Anexo III). El principal factor de riesgo que acompaña a la reutilización del agua es la exposición del hombre a agentes biológicos (Moreno et al., 1998). Estos microorganismos causan enfermedades de origen hídrico que generan altos porcentajes de morbilidad en la población. Esto hace que sea imprescindible un control microbiológico del agua para que ésta no suponga un riesgo sanitario. Diseñar un tratamiento de regeneración no es nada fácil ya que hay que tener en cuenta criterios sanitarios y, además, económicos. Debe garantizarse la salubridad del agua tratada a costes asequibles para su posible utilización en la realidad. Entre las tecnologías actualmente aplicadas en la regeneración de aguas depuradas se encuentra la precipitación química, procesos de membrana, cloración, oxidación, filtración, adsorción con carbón activo (Hassani, 2007), irradiación UV (Bourrouet et al., 2001), intercambio iónico, lagunajes, humedales y otros sistemas biológicos. De todos estos, la línea más utilizada consiste en una etapa física de decantación, una filtración con arena y una posterior desinfección por cloración o UV. Estos procesos no eliminan gran parte de los contaminantes peligrosos presentes y el grado de desinfección depende fundamentalmente de la cantidad de otro tipo de materia orgánica y de la materia en suspensión presente (Lanao et al., 2007; Miguel et al., 2007a, b). Además, la aplicación de cloro o derivados no es recomendable por la reacción entre éste y la materia orgánica, generándose subproductos organohalogenados como los trihalometanos Capítulo 3 Principios teóricos del tratamiento Fenton 8 en productos tratables posteriormente por métodos más económicos como el tratamiento biológico. Estos procesos sirven para tratar contaminantes en muy baja concentración (del orden de ppb) y no forman, o se forman en baja concentración, subproductos de reacción. Asimismo, mejoran las propiedades organolépticas del agua y no se generan lodos durante el proceso. Además, en el caso de los POAs fotoquímicos, aumentan la velocidad de reacción en comparación con la misma técnica en ausencia de luz. Esto evita el uso de grandes tanques, reduciendo el espacio de los sistemas de tratamiento y aumenta la flexibilidad del sistema al permitir el uso de una variedad de oxidantes y condiciones de operación. La principal desventaja que presentan los POAs son los costes de operación. Éstos son relativamente altos en comparación con los tratamientos convencionales. Sin embargo, su utilización como pretratamiento para el aumento de la biodegradabilidad de las aguas residuales puede ser justificada si los productos resultantes son fácilmente degradados mediante tratamientos biológicos. El objetivo entonces puede ser combinar los POAs con procesos biológicos para tratar aguas residuales (Murray et al., 2004; Yuranova et al., 2006). 3.2.- Tratamiento Fenton H.J.H Fenton [Fenton, 1894] descubrió en 1894 que varios metales, entre ellos las sales de hierro, tenían la capacidad de mejorar la eficacia del oxidante peróxido de hidrógeno. A partir de este descubrimiento, al peróxido de hidrógeno catalizado con hierro se le conoce de forma general como proceso Fenton. En la eliminación de microorganismos mediante procesos Fenton se mantienen en disolución el efluente residual y los reactivos (peróxido de hidrógeno y sal de hierro) durante un tiempo determinado para completar la reacción, que se lleva a cabo normalmente en medio ácido (para evitar la precipitación del hidróxido férrico). A continuación, se neutraliza el agua hasta pH alcalino [Neyens et. al., 2003]. Así, precipitan las sales metálicas de hierro que posteriormente se separan por decantación o filtración. En el proceso Fenton se forman radicales hidroxilo (•OH) según la reacción (Walling, 1975): Fe2 + + H2O2  Fe3+ + HO- + HO• [1] Esta reacción ocasiona daños en las actividades vitales de las células al reaccionar con el hierro intracelular (Figura 3.2), puesto que se cataliza la producción de especies reactivas de oxígeno [Keyer & Imlay, 1996]. Capítulo 3 Principios teóricos del tratamiento Fenton 9 Figura 3.2: Efecto de la reacción Fenton en la célula [Spuhler et al., 2010] Sin embargo, también pueden producirse reacciones improductivas al reaccionar los radicales hidroxilo con iones ferrosos, peróxido de hidrógeno o radicales (Al-Hayek & Doré, 1985): Fe2++ HO•  Fe3++ HO- [2] HO•+ H2O2  H2O+ HO2• [3] HO•+ HO2•  O2+ H2O2 [4] Ambos radicales, el HO• y el HO2•, reaccionan con la materia orgánica, pero el segundo es menos reactivo. La reacción es potencialmente útil para eliminar microorganismos, al ser muy efectiva en la generación de radicales hidroxilo, pero puede ser contraproducente tanto un exceso de Fe2+ (catalizador) como un exceso de peróxido de hidrógeno (reactivo). Además de las reacciones indicadas, hay que tener en cuenta otras reacciones secundarias según el pH del medio. A pH altos se produce la precipitación de hidróxido férrico y el peróxido de hidrógeno se descompone, disminuyendo el rendimiento de la reacción o incluso inactivándose. 3.3.- Tratamiento foto-Fenton Durante el proceso Fenton, los iones Fe2+ se oxidan y los iones Fe3+ se acumulan en el sistema, disminuyendo la cinética hasta incluso parar la reacción. Sin embargo, la cinética de la reacción Fenton puede aumentarse considerablemente mediante irradiación de luz visible y luz UV [Kiwi et al., 1993]. En 1990, Faust y Hoignè propusieron el siguiente mecanismo de reacción (figura 3.3): Capítulo 3 Principios teóricos del tratamiento Fenton 10 Figura 3.3: Mecanismo de reacción Foto-Fenton Según esta reacción, continúa produciéndose la oxidación del ión ferroso por la acción oxidante del peróxido de hidrógeno, mientras que gracias a la foto-reducción, el ión férrico acumulado se reduce a ión ferroso. Así el ión ferroso regenerado vuelve a reaccionar con el peróxido generando radicales hidroxilo en un ciclo continuo. Como fuente de fotones para esta foto-reducción se utilizan distintas fuentes de energía como la luz ultravioleta. Para reducir costes, se puede utilizar la energía solar y para ello, se están utilizando en la actualidad fotorreactores sin concentración de luz. Éstos presentan un menor coste, estructura simple y fácil instalación necesitando poca mano de obra en operación y mantenimiento. Sin embargo, su diseño no es sencillo por requerir resistencia a la intemperie, bajas pérdidas de carga, elevada transmitancia en el UV y operar a elevadas presiones. Un tipo especial de fotorreactores son los colectores cilindro-parabólicos compuestos donde se consigue captar toda la radiación directa y difusa además de presentar un bajo coste y una alta eficiencia [Maldonado, 2010]. Así se asegura que, pese a tener la radiación una menor potencia, en días nublados o con poco sol estos colectores de concentración puedan seguir trabajando eficazmente en el proceso foto-Fenton. 3.4.- Variables que influyen en el proceso Fenton Tanto en el proceso Fenton como en el foto-Fenton, existen una serie de parámetros críticos para el correcto desarrollo del mismo: tipo de catalizador, concentraciones y dosificación de reactivos, pH, temperatura, agitación y luz. A continuación se presenta su influencia en el tratamiento.  Tipo de catalizador y concentración: Dado que las sales de hierro también producen descomposición del agua oxigenada y pueden consumir radicales hidroxilo, hay que procurar no dosificar un exceso de catalizador, que puede perjudicar la reacción de oxidación. El Fe3+ también se puede utilizar como catalizador, aunque su eficacia es inferior a la del Fe2+. El catalizador se suele dosificar previamente al agua oxigenada, procurando su total disolución [Martínez et al., 2007].  Concentraciones relativas de reactivos y contaminante: Tanto un exceso de catalizador como un exceso de peróxido de hidrógeno pueden ser contraproducentes porque en ambos casos se favorecen las reacciones improductivas [Wang y Lemley, Capítulo 3 Principios teóricos del tratamiento Fenton 11 2001]. En trabajos reciente sobre Foto-Fenton, se utiliza una dosis de 0,6 ppm de hierro y 10 ppm de H2O2 al trabajar a pH neutro [Rincón & Pulgarín, 2005]  Dosificación: La relación H2O2/Fe/compuesto puede ser mantenida por adición intermitente del oxidante o fijada al inicio de la reacción. La dosificación gradual del peróxido de hidrógeno puede favorecer la desinfección porque al no haber un exceso de reactivo no se produce la reacción improductiva entre la especie hidroxilo y el peróxido de hidrógeno, ni tampoco se produce la oxidación rápida de Fe2+ a Fe3+ favoreciendo la velocidad de reacción. A escala de laboratorio, el proceso puede llevarse a cabo bien adicionando los reactivos al principio [Moncayo-Lasso et al., 2009] o distribuidos a lo largo del tiempo de reacción [Kang et al., 2002; Rivas et al., 2002].  pH: El pH más adecuado para la reacción está entre 2 y 5. Un pH inferior frena la reacción porque es más estable el ión férrico y puede descomponerse el reactivo peróxido, mientras que a valores de pH superiores puede precipitar hidróxido férrico y también puede descomponerse el reactivo peróxido [Malato et al., 2009; Szpyrkowicz et al., 2001].  Temperatura: La reacción de oxidación Fenton es exotérmica. La velocidad de oxidación aumenta con el incremento de la temperatura. A presión atmosférica el grado recomendable de operación es entre 40 y 50 oC ya que si se sobrepasara ocurriría una descomposición del peróxido de hidrógeno en oxígeno y agua [Martínez & López, 2001].  Agitación: En procesos heterogéneos es evidente que si el catalizador está en suspensión la agitación es primordial. En cambio en procesos homogéneos como el Fenton o foto-Fenton no es tan evidente el efecto de la agitación [Amigó, 2001].La agitación favorece que el medio de reacción esté en contacto con el aire oxigenándose mejor, lo que desencadena la auto-oxidación de las flavoproteínas celulares (FADH2) que provoca la liberación de Fe2+ celular y la formación de nuevos radicales hidroxilo, viéndose favorecida la desinfección [Spuhler et al., 2010].  Luz: En numerosos estudios realizados se ha comprobado que el proceso foto-Fenton es más efectivo que el Fenton. El tipo de luz empleada también influye, cuanta mayor energía posea la radiación más se favorece el proceso de oxidación [Kiwi et al., 1993]. La radiación de mayor energía corresponde a la UV-C que es la responsable de los daños en el ADN celular, mientras que las UV-A y la UV-B son absorbidas por los cromóforos celulares pudiendo resultar letales así como mutagénicas [Malato et al., 2009] (Figura 3.4). Capítulo 3 Principios teóricos del tratamiento Fenton 12 Figura 3.4: Daños de la radiación UV sobre las células 3.5.- Ventajas e inconvenientes de los procesos Fenton Las principales ventajas de este proceso avanzado de oxidación es que las sales de hierro son abundantes y no tóxicas, el peróxido de hidrógeno es fácil de manejar y ambientalmente benigno. Además presentan ventajas en comparación con las técnicas usadas convencionalmente como métodos de desinfección [Richardson et al., 2007]. Por un lado, no se forman compuestos clorados como en técnicas tradicionales como la cloración y, por otro lado, no existen limitaciones de transferencia de masa como en la ozonización, al ser un sistema homogéneo. Entre los inconvenientes destacan el precio alto de los reactivos empleados y la gran cantidad de parámetros críticos a controlar (tipo de catalizador, concentraciones de reactivos, pH, temperatura, dosificación de catalizador y reactivos, agitación y luz). Capítulo 4 Caracterización de muestras de salida de plantas depuradoras 13 4. Caracterización de muestras de salida de plantas depuradoras 4.1. Metodología analítica 4.1.1 Parámetros físico-químicos En cada experimento se controlan una serie de parámetros físico-químicos de la muestra antes y después de someterla a los procesos de desinfección estudiados. Estos parámetros se presentan en la tabla 4.1, así como la instrumentación y metodología consideradas. Tabla 4.1: Instrumentación y metodología para la caracterización de las muestras de agua. Parámetro Instrumento Marca Modelo Error Norma pH pH-metro Crison GLP 21 ≤0.02 pH Método 4500HB (Standard Methods) Sólidos en suspensión Fotómetro Multiparámetro Hach Lange DR 2800 ≤ 0,1 mg/L Método 2540D (Standard Methods) Turbidez Turbidímetro Hanna LP 2000 0.2 NTU UNE-EN-ISO 7027:2001 Conductividad Conductivímetro Crison Basic 30 ≤0.5oC UNE-EN 27888:1994 Demanda química de oxígeno (DQO) Fotómetro Multiparámetro Hanna HI 83099 ±1 mg/L Adaptación del método 410.4 de EPA La metodología utilizada se explica con mayor detalle en el Anexo IV, así como los instrumentos utilizados en la experimentación. Capítulo 4 Caracterización de muestras de salida de plantas depuradoras 14 4.1.2 Parámetros microbiológicos Equipos Los equipos utilizados durante la experimentación se enumeran en la tabla 5.2, existiendo una explicación más detallada de los mismos en el Anexo VI. Es importante destacar que todo el material de vidrio y los medios de cultivos son preparados en el autoclave a 121 oC y 1 bar de presión durante 15 minutos para lograr su completa esterilización. Tabla 4.2: Equipos utilizados durante el proceso de experimentación Instrumento Marca Modelo Función Estufas de cultivo J.P. Selecta INCUDIGIT 36 L Cultivo bacteriológico Autoclave J.P Selecta 437-P Esterilización del material Microscopio óptico Zeiss Axiostar Plus Pruebas de confirmación bacteriológicas Equipo de filtración por membranas Millipore Sistema Microfil Análisis microbiológico Cámara solar Atlas Suntest CPS+/XLS Tratamiento foto- Fenton Cabina de flujo laminar Cruma 670-FL Esterilización del material Medios de cultivo Un medio de cultivo consiste en un material nutritivo artificial elaborado para el crecimiento de microorganismos en un laboratorio. En este caso, los medios de cultivo empleados son los siguientes:  Ágar Nutritivo (Scharlau), para la recuperación de todo tipo de microorganimos.  Ágar base Slanetz & Bartley (Scharlau), selectivo para Enterococcus sp..  Ágar base MacConkey (Scharlau), selectivo para Escherichia coli. La composición y la preparación de los medios de cultivo citados se detallan en el Anexo V. Capítulo 4 Caracterización de muestras de salida de plantas depuradoras 15 Métodos de siembra Tras realizar cada experimento, se procede a analizar tanto las colonias iniciales como las supervivientes al tratamiento con el fin de poder cuantificar la eficacia de los distintos tratamientos llevados a cabo. Los métodos de siembra que se utilizan son para las dos bacterias los mismos, cambiando únicamente el medio de cultivo y las condiciones de incubación. Estos métodos de siembra son el método de filtración de membrana, para los casos en los que la población bacteriana no sea muy elevada, y el método de siembra en superficie, cuando esta población sea mayor. Estos métodos de siembra, así como los medios de cultivo y las condiciones de incubación se detallan en mayor profundidad en el Anexo V. Recuento de colonias Tras el periodo de incubación, se procede al recuento de las colonias presentes en las placas. En el caso de los Enterococcus sp., las colonias se presentan de color granate, cóncavas y brillantes, tal y como se aprecia en la figura 4.1. Por su parte, las colonias de E. coli son rosas, cóncavas y brillantes, como muestra la figura 4.2. Los métodos de recuento en placa son indirectos, ya que se basan en el recuento de colonias en la superficie de la placa, y no en el número real de bacterias. Se asume que cada Figura 4.1: Placas con Enterococcus sp. Figura 4.2: Placas con Escherichia coli Capítulo 4 Caracterización de muestras de salida de plantas depuradoras 16 bacteria viable forma una colonia individual. Las unidades en las que se expresa el resultado son UFC (unidades formadoras de colonias). Como la legislación está dada en UFC/100 mL, ya que se considera 100 mL como el volumen de referencia, tendremos que calcular el resultado obtenido en dichas unidades, aunque el volumen utilizado no sea de 100 mL. Una vez obtenidos los recuentos bacterianos para los distintos experimentos, tendremos que calcular el grado de eliminación de bacterias para así determinar la eficacia del método utilizado. Esta eliminación se define de la siguiente forma: 0 Eliminación log t N N     donde Nt representa la población de bacterias existente en el instante t, mientras que N0 representa la población inicial de bacterias. De esta forma logramos expresar el resultado en unidades logarítmicas. 4.2 Indicadores microbiológicos Históricamente gran parte de la preocupación acerca del consumo del agua se ha relacionado con la transmisión de enfermedades mediante esta vía. Esto ha conducido a desarrollar pruebas que permitan determinar la calidad del agua. Dado el gran número de microorganismos presentes en el agua, y ante la dificultad de analizarlos de forma rutinaria en su totalidad, se recurre al estudio de aquellos microorganismos presentes en las deyecciones humanas y animales. Se conocen como microorganismos indicadores de contaminación fecal y sirven para determinar la eficacia de los tratamientos de depuración al dar una idea de la posible presencia de microorganismos patógenos. Los microorganismos que se utilizan como indicadores fecales han de reunir una serie de características [Marín Galvín, 2003; Tortora et al., 1993]:  Presencia siempre de una elevada cantidad de ellos en el residuo fecal humano (o en su caso, en residuos fecales de animales domésticos). Es el más importante de los criterios.  Facilidad en su detección utilizando métodos analíticos microbiológicos simples y rápidos.  Supervivencia en el agua del mismo modo que los patógenos. Los distintos indicadores de contaminación fecal se explican con mayor detalle en el Anexo I. 4.3 Caracterización microbiológica del agua en las EDARs estudiadas Se realiza un estudio de las aguas a la salida de una serie de estaciones depuradoras de aguas residuales de las cuales se comentan a continuación los resultados microbiológicos obtenidos mientras que la descripción de dichas estaciones y el procedimiento en la toma de muestras se detallan en el Anexo VII. Capítulo 4 Caracterización de muestras de salida de plantas depuradoras 17 La tabla 4.1 presenta los valores detectados para las distintas EDARs estudiadas. Estos valores se han de comparar con los obtenidos en el estudio de la bibliografía especializada que se presenta en el apartado 2.2.2. En líneas generales los valores obtenidos tras la realización de los correspondientes análisis microbiológicos son los esperados tanto en concentración como en cuanto al tipo de bacterias halladas para el agua de salida de una estación depuradora de aguas residuales, en primer lugar, debido a la ausencia de tratamientos terciarios de desinfección específicos y en segundo lugar por el origen fecal y humano de las especies estudiadas. Tabla 4.1: Concentración de bacterias en las EDARs estudiadas Parámetro Rango EDARs UFC/100 mL Legionella 0 Salmonella 0 Escherichia coli 6,00·102-7,25·106 Enterococcus faecalis 1,20·10-3,20·105 Staphylococcus aureus 5,3·103-3,20·105 Anaerobias totales 1,40·104-1,30·107 Clostridium perfringens 0-1,64·103 Contaminación total 6,3·104-1,015·108 Pseudomonas aeruginosa 1,6·104-3,85·105 Capítulo 6 Resultados y discusión 24 6.2 Resultados de desinfección Los resultados de desinfección obtenidos como promedio de los diversos experimentos realizados a las distintas condiciones propuestas y de acuerdo al cálculo comentado en el apartado 4.2.4 del capítulo 4 ( 0 Eliminación log t N N     ) son los que aparecen en la tabla 6.2. Tabla 6.2: Resultados de desinfección de los tratamientos Experimentos [Fe] (ppm) [H2O2] (ppm) Luz pH=5 pH=7 Eliminación Eliminación Enterococcus E.coli Enterococcus E.coli 1 0 0 On -0,40 -0,34 -0,09 -0,58 2 0 20 On -1,49 -3,29 -1,34 -0,53 3 2 20 On -0,48 -2,44 -1,36 -0,69 4 5 20 On -1,43 -4,82 -0,07 -0,20 5 0 25 On -1,77 -1,45 -0,15 -1,15 6 5 25 On -0,43 -4,86 -1,75 -1,44 7 10 50 On -0,47 -1,58 -0,75 -2,17 8 0 20 Off -0,73 -1,59 -0,70 -0,20 9 2 20 Off -1,09 -2,20 -0,75 -0,14 10 5 20 Off -0,31 -1,03 -0,19 -0,11 11 5 25 Off -0,35 -0,54 -0,52 -0,65 12 10 50 Off -0,42 -0,99 -0,19 -0,27 Estos resultados muestran únicamente el nivel de desinfección que se ha logrado alcanzar de media en cada uno de los casos, los resultados de los parámetros físico-químicos se encuentran en el Anexo IV. Como puede apreciarse de la tabla anterior así como lo que puede extraerse de lo explicado con anterioridad en capítulos anteriores, el número de variables a considerar a la hora de analizar los resultados obtenidos es muy elevado para poder hacer un análisis a simple vista. Por ello, se estudian los parámetros más determinantes en la experimentación como Capítulo 6 Resultados y discusión 25 son: la concentración de hierro, la concentración de peróxido de hidrógeno, el pH y la utilización o no de luz. Para poder determinar cuáles y cómo estos parámetros, o combinaciones de los mismos, influyen en los resultados obtenidos, se realiza un análisis de variables, que queda explicado en el Anexo VIII, con la herramienta Minitab®. 6.2.1 Análisis de variables Dadas las características del programa informático, se seleccionan para analizar aquellos experimentos que son más representativos del proceso estudiado. Esto es, se estudia la influencia de la presencia o ausencia tanto de hierro, de peróxido de hidrógeno así como de luz, ya sea a pH ácido como a pH natural, procurando utilizar el mayor número de experimentos posibles. Por ello los rangos utilizados en el análisis son los que aparecen en la tabla 6.3. Tabla 6.3: Variables, valores y factores respuesta VARIABLES VALORES FACTORES RESPUESTA [Fe] 0-5 Desinfección de Enterococcus [H2O2] 0-20 Luz On-Off Desinfección de E.coli pH 5-7 Puesto que existen dos factores respuesta, se tienen dos análisis independientes para cada uno de estos factores y por lo tanto se comentan por separado. Enterococcus: Como se comenta en el Anexo VIII, a través del diagrama de Pareto se conocen las variables más influyentes para la respuesta estudiada, en este caso, se conocerán las variables que afectan en mayor medida en la desinfección de Enterococcus. El diagrama de Pareto obtenido para este caso se muestra en la figura 6.1. Capítulo 6 Resultados y discusión 26 AC ABC BCD BD ABCD ACD ABD AD BC CD A AB D C B 0,70,60,50,40,30,20,10,0 Término Efecto 0,6276 A F e B H2O 2 C luz D pH F actor N ombre Gráfica de Pareto de los efectos (la respuesta es Enterococos, Alfa = 0,05) PSE de Lenth = 0,244147 Figura 6.1: Diagrama de Pareto para la desinfección de Enterococcus. Como se aprecia en el diagrama de Pareto, las variables más influyentes en la desinfección de Enterococcus son la presencia de peróxido de hidrógeno y el uso de radiación solar, aunque sólo la primera variable lo hace de forma significativa. Para poder determinar si las variables afectan de forma positiva o negativa sobre el factor respuesta así como el grado en de influencia de las mismas, según sean las pendientes de las rectas representadas, se utiliza el diagrama del efecto de cada variable. Para este caso, el diagrama corresponde al mostrado en la figura 6.2. 50 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 200 offon -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 75 Fe Media H2O2 luz pH Gráfica de efectos principales para Enterococos Medias de datos Figura 6.2: Diagrama del efecto de cada variable en la desinfección de Enterococcus Capítulo 6 Resultados y discusión 27 Según lo obtenido en la figura 6.2, la presencia de peróxido de hidrógeno así como el uso de luz, tienen efectos positivos sobre la desinfección, mientras que el uso de hierro y el aumento del pH tienen efectos negativos sobre la desinfección. Hay que tener en cuenta que la desinfección es un valor negativo, y por tanto, es mayor el grado de desinfección alcanzado cuanto más negativo sea el valor calculado. De entre las cuatro variables, como ya se dedujo del diagrama de Pareto, el efecto más significativo es la presencia de peróxido de hidrógeno. El siguiente paso consiste en analizar las interacciones entre las distintas variables estudiadas. Para ello se calcula el diagrama de interacciones dobles que es el que se muestra en la figura 6.3. Figura 6.3: Diagrama de interacciones dobles en la desinfección de Enterococcus Al tener cuatro variables distintas, se tienen que estudiar un total de 6 interacciones posibles entre dichas variables. A continuación se analizan las distintas interacciones independientemente:  Fe-H2O2: Se observa que el uso de peróxido de hidrógeno permite alcanzar un mayor grado de desinfección para cualquier concentración de hierro. Además hay que destacar que la presencia de hierro a una misma concentración de peróxido de hidrógeno desfavorece la desinfección.  Fe-Luz: No existe interacción entre ambas variables ya que su representación es prácticamente paralela. Se puede decir que la luz favorece la desinfección mientras que la presencia de hierro tiene el efecto contrario.  Fe-pH: En este caso, sí que existe interacción, aunque esta interacción es más importante en presencia de hierro puesto que la variación de pH en ausencia del mismo no afecta apenas a la desinfección. Un menor valor de pH favorece la desinfección indiferentemente de la concentración de hierro, aunque lo hará en mayor o menor grado como se ha explicado anteriormente. 200 offon 75 0,0 -0,5 -1,0 0,0 -0,5 -1,0 0,0 -0,5 -1,0 Fe H2O2 luz pH 0 5 Fe 0 20 H2O2 on off luz Gráfica de interacción para Enterococos Medias de datos Capítulo 6 Resultados y discusión 28  H2O2-Luz: Existe interacción entre ambas variables aunque no es una relación muy estrecha. La presencia de H2O2 siempre es beneficiosa en términos de desinfección, pero si además de existir peróxido, existe radiación, la desinfección es todavía mayor.  H2O2-pH: Esta interacción tampoco es muy importante dado que las rectas son prácticamente paralelas. De nuevo en presencia de peróxido la desinfección lograda es mayor que en ausencia de esta, sea cual sea el valor del pH. Además, a valores de pH menores, el grado de desinfección es mayor.  Luz-pH: La interacción en este caso es mayor puesto que en ausencia de radiación, las condiciones de pH del tratamiento no van a afectar a la desinfección, pero en presencia de radiación, unas condiciones más ácidas suponen un aumento considerable del poder desinfectante. Escherichia coli: El diagrama de Pareto para este caso es el representado en la figura 6.4. Figura 6.4: Diagrama de Pareto de la desinfección de E.coli En el caso de la desinfección usando la E.coli como indicador fecal, se observa como existen tres variables que afectan en mayor medida en el tratamiento que son la presencia de peróxido, el pH y la radiación, siendo significativo únicamente el efecto de las dos primeras así como la interacción entre ambas. Para conocer cómo influyen las distintas variables en este caso, se calcula el diagrama de efectos principales, que es el mostrado en la figura 6.5. AB A AD ABD ABC AC ACD ABCD BC CD BCD C D B BD 1,41,21,00,80,60,40,20,0 Término Efecto 1,013 A F e B H2O 2 C luz D pH F actor N ombre Gráfica de Pareto de los efectos (la respuesta es E.Coli, Alfa = 0,05) PSE de Lenth = 0,394042 Capítulo 6 Resultados y discusión 29 50 -0,5 -1,0 -1,5 200 offon -0,5 -1,0 -1,5 75 Fe Media H2O2 luz pH Gráfica de efectos principales para E.Coli Medias de datos Figura 6.5: Diagrama de efectos principales en la desinfección de E.coli A partir de esta gráfica se puede destacar en primer lugar que la presencia de hierro no afecta a la desinfección, mientras que por su parte, la presencia de peróxido, la radiación y los valores de pH ácidos favorecen la desinfección. Además se puede concluir que, como ya había mostrado el diagrama de Pareto, el efecto de las tres variables es significativo. Para determinar las interacciones existentes entre las tres variables se utiliza el gráfico de interacciones dobles, que se analiza siguiendo el mismo procedimiento que en el caso de los Enterococcus. Este gráfico se muestra en la figura 6.6. 200 offon 75 0 -1 -2 0 -1 -2 0 -1 -2 Fe H2O2 luz pH 0 5 Fe 0 20 H2O2 on off luz Gráfica de interacción para E.Coli Medias de datos Figura 6.6: Gráfico de interacciones dobles en la desinfección de E.coli Capítulo 6 Resultados y discusión 30 Se estudian las seis distintas interacciones de variables por separado para poder explicar el comportamiento del tratamiento de forma pormenorizada:  Hierro-H2O2: Esta interacción es inexistente puesto que no se aprecia variación entre los distintos casos tal y como era de esperar tras lo deducido en los diagramas anteriores.  Hierro-Luz: Apenas existe interacción entre ambas variables. La radiación favorece la desinfección obtenida independientemente de la concentración de hierro, mientras que la presencia de hierro favorece mínimamente el tratamiento con radiación.  Hierro-pH: Al igual que en el caso anterior, la interacción no es muy apreciable. Valores de pH menores son más favorables a la desinfección tanto en presencia como en ausencia de hierro, mientras que la presencia de hierro es ligeramente favorable a pH ácidos.  H2O2-Luz: La interacción en este caso es importante, puesto que la presencia de peróxido favorece a la desinfección en cualquier caso, pero el efecto se magnifica cuando estamos ante radiación.  H2O2-pH: Se trata de la interacción doble más fuerte. La variación de pH no afecta al resultado ante un tratamiento en ausencia de peróxido, pero la presencia de éste último favorece enormemente la desinfección a valores de pH ácidos.  Luz-pH: Este binomio de variables también presenta interacción entre sí. La radiación siempre es favorable en términos de desinfección ante cualquier condición de pH y un valor menor de pH también es mejor exista radiación o no, pero el uso simultáneo de radiación y condiciones de pH ácidas favorece especialmente esta desinfección. Conocidos los comportamientos de las distintas variables durante los tratamientos para los dos tipos de bacterias analizadas, se pueden sacar una serie de conclusiones acerca de lo sucedido durante el transcurso de los mismos y a partir de ello, determinar cuáles son las mejores condiciones de trabajo. La conclusión más aparente es la importancia de la presencia de peróxido de hidrógeno en el tratamiento. Su presencia es imprescindible puesto que los procesos de oxidación avanzada se basan en la generación de especies reactivas del oxígeno como son los radicales hidroxilo (OH·) o los radicales superóxido (O2-), y éstos se obtienen por reacción del peróxido de hidrógeno. Estos radicales reaccionan con los componentes celulares provocando lesiones que conducen a la inactivación o incluso a la muerte celular. Además en contacto con el hierro presente en la célula, necesario para las actividades vitales básicas de la misma, se produce un aumento de radicales intracelulares a través de una reacción Fenton, que aumentan el efecto letal inicial de los radicales [Malato et al., 2009]. La luz también es una variable determinante en la desinfección alcanzada durante el tratamiento aplicado. La radiación favorece la formación de los radicales mencionados anteriormente, que son en los que se basan los tratamientos aplicados. Las células contienen cromóforos intracelulares que absorben la radiación UV-A y UV-B, lo que en presencia de Capítulo 6 Resultados y discusión 31 oxígeno resulta tóxico para la célula pues favorece la generación de especies reactivas de oxígeno [Tyrrel & Keyse, 1990]. En cuanto a la tercera variable que mayor efecto muestra, el pH, el comportamiento mostrado concuerda con el explicado en estudios anteriores [Szpyrkowicz et al., 2001]. Según estos estudios, un aumento del pH afecta a la reacción [1] del capítulo 3, provocando una inhibición en la formación de radicales hidroxilo y por consiguiente la desinfección alcanzada es menor. En este estudio también se determina que para valores de pH por encima del neutro se favorece la descomposición del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno gas, por lo que parte del peróxido de hidrógeno añadido no actuará como desinfectante para pH=7 y eso puede ser la causa del descenso en el poder desinfectante para valores de pH básicos. Puede resultar llamativo que la presencia de hierro no resulte fundamental puesto que es uno de los reactivos usados en los tratamientos Fenton, pero la explicación a este fenómeno puede encontrarse en las condiciones de pH de trabajo. Para que el hierro tome parte en las reacciones Fenton, es necesario que se encuentre en disolución puesto que así formará los complejos más activos en términos de fotoactividad, de ahí la importancia de trabajar a pH ácido [Malato et al., 2009]. De acuerdo con estudios anteriores [De Laat & Gallard, 1999], el hierro está en disolución para valores de pH menores a 3.18, pero las condiciones empleadas son valores de pH próximos a 5 y 7, por lo que el hierro añadido apenas se disuelve y por consiguiente no es activo en los procesos Fenton. De acuerdo con lo concluido anteriormente, se puede afirmar que el tratamiento más efectivo correspondería a aquel en el que exista únicamente peróxido de hidrógeno y en el que se trabaje con radiación. Siendo en siguiente lugar necesario determinar la dosis óptima de H2O2 así como el valor de pH más adecuado. 6.2.2 Influencia de la dosis de H2O2 Las figuras 6.7 y 6.8 muestran los resultados obtenidos tras la aplicación de diferentes concentraciones de peróxido de hidrógeno en ausencia de luz y en presencia de radiación, para Enterococcus sp. y E.coli respectivamente. Figura 6.7: Desinfección de Enterococcus para distintas dosis de H2O2 Capítulo 6 Resultados y discusión 32 Figura 6.8: Desinfección de E.coli para distintas dosis de H2O2 En ambos casos se aprecia un máximo de desinfección para una dosis intermedia de peróxido de hidrógeno. Inicialmente la generación de especies reactivas de oxígeno es inexistente debido a la ausencia de peróxido, y a partir de cierta concentración de peróxido, la generación de ROS disminuye debido a que a concentraciones demasiado elevadas, el peróxido puede actuar como scavenger de ROS produciendo un efecto inhibitorio [Miguel, 2010]. Para determinar la dosis óptima se ha de tener en cuenta no sólo los efectos desinfectantes sino también hay que tener en mente cuestiones económicas. Por ejemplo, para el caso de Enterococcus, se observa como a pH = 7 tenemos el máximo para una concentración de peróxido de 20 ppm, mientras que a pH = 5 este máximo se da para una concentración de 25 ppm, pero a este último valor de pH, se tiene que para una dosis de peróxido de 20 ppm, la desinfección lograda es sólo ligeramente inferior a la máxima desinfección lograda. Por tanto, se puede considerar que en este caso la mejor dosis es de 20 ppm. En el caso de la E. coli, la explicación es la misma, por lo que se puede concluir que de los tratamientos estudiados, el óptimo es aquel con una dosis de peróxido de 20 ppm. Además, a partir de estas gráficas, podemos observar como un pH menor es más favorable en la desinfección que valores de pH por encima de la neutralidad. Como ya se explicó, el pH afecta a la formación de radicales hidroxilo a partir del peróxido de hidrógeno, puesto que éste se disocia en oxígeno gaseoso y agua a valores de pH alrededor de 7, y por consiguiente tendremos una reacción de competencia frente a la formación de radicales hidroxilo. De forma que, pese a que la bajada del pH respondía a la naturaleza del proceso Fenton y que en el caso actual no se añaden sales férricas, se seguirá procediendo a la bajada del pH al ser los resultados considerablemente mejores en el caso de usar E.coli como indicador microbiano. Capítulo 6 Resultados y discusión 33 6.3 Aplicación del proceso a escala real. Costes y dimensionado Los ejemplos que existen en la actualidad de este tipo de tratamiento son principalmente a escala de laboratorio y por consiguiente la geometría que presentan no siempre será aplicable a un proceso a escala real. Actualmente en la Plataforma Solar de Almería se trabaja con captadores cilindroparabólicos (CPC), que presentan buenos resultados de desinfección pero que ven limitada su capacidad a un máximo de 300 litros lo cual queda muy lejos de la capacidad de las EDARs estudiadas, donde se tienen entre 361 m3/día y 20.416m3/día. Además este tipo de instalaciones utilizan la luz solar como fuente de radiación por lo que ven limitado el tiempo de operación. Este límite puede corregirse utilizando lámparas de radiación ultravioleta como sustitutas a la radiación solar cuando ésta está ausente. En esos casos se hace pasar el agua por una tubería concéntrica a las lámparas UV, haciendo que la tubería tome una geometría serpenteada de forma que se logra aumentar el tiempo de contacto entre el agua y el agente desinfectante. Pero estas configuraciones pueden derivar en problemas de mantenimiento, haciendo que éste tenga un coste económico elevado. A continuación se presenta una posible configuración para la aplicación del tratamiento, pero siempre desde el punto de vista hipotético puesto que no se ha obtenido información bibliográfica de casos reales similares. Se va a estudiar tanto el dimensionado de la instalación como en análisis económico, desglosándose éste en el coste de instalación, el coste de reactivos y el coste de mantenimiento. La instalación propuesta se muestra en la figura 6.9 adjunta. En la figura se muestra el dimensionado real de la instalación, aunque el dibujo es únicamente orientativo ya que la geometría interior se ha dibujado parcialmente para facilitar la comprensión de lo explicado. De dibujar en su totalidad la geometría interior, hubiera sido imposible discernir los distintos componentes. Esta instalación consiste en tres tanques en serie que trabajan en discontinuo. En el primero de ellos se lleva a cabo la mezcla del agua a tratar con los reactivos necesarios, es decir hay que agregar HCl 0,1N hasta bajar el pH a 5, y 20 ppm de H2O2, y es importante controlar tanto la temperatura como el pH para asegurar la integridad de los equipos. Una vez la mezcla sea homogénea, se hace pasar el agua al siguiente tanque a través de una compuerta temporizada. Este tanque tiene una geometría serpenteante gracias a obstáculos que hacen que el recorrido del agua en el tanque, y por tanto el tiempo de contacto con las lámparas UV, sea mayor. Las lámparas UV se presentan en serie de 13 lámparas de forma que se abarque el ancho del tanque y además verticalmente se encuentran paralelas entre sí, siendo la distancia entre ellas de entre 10 y 12 cm de acuerdo con las especificaciones técnicas. Con respecto a las paredes verticales se encuentran situadas de forma paralela y equidistante a las mismas. Por tanto se dispone de una especie de pared de lámparas UV alrededor de la cual circula el agua a tratar, encontrándose una de éstas entre cada uno de los obstáculos que ha de superar el agua. Por último se descarga en un tanque donde lo que se hace es subir el pH al valor aceptado por los límites de vertido utilizando para ello NaOH. Capítulo 7 Conclusiones 41 7. Conclusiones Las bacterias que se encuentran habitualmente en las aguas de salida de depuradoras de acuerdo con la bibliografía estudiada son: Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus, Clostridium perfringens y Pseudomonas aeruginosa. También es posible encontrar en algunas ocasiones Salmonella y Legionella. En la caracterización microbiológica del agua de salida de las distintas EDARs estudiadas se obtienen poblaciones bacterianas de todas las citadas anteriormente, en un rango de 101-107 UFC/100 mL, a excepción de Salmonella y Legionella. Las concentraciones de estas poblaciones bacterianas se encuentran dentro de los rangos definidos en la bibliografía salvo las poblaciones de E.coli y Staphylococcus aureus cuyas concentraciones son incluso superiores. La supervivencia de las bacterias está condicionada por las condiciones de pH del medio en el que se encuentran. Para valores de pH por debajo de 5, la muerte celular tiene lugar en un breve espacio de tiempo por lo que hay que trabajar a valores de pH iguales o superiores a 5 para que sea posible cuantificar el efecto del tratamiento efectuado. El cloruro de hierro (FeCl3) actúa como un ácido por lo que es importante controlar el pH tras su adición para garantizar que las condiciones permiten la supervivencia de las colonias bacterianas. Las características físico-químicas del agua utilizada afectan a la desinfección obtenida a través de parámetros como la turbidez o los sólidos en suspensión. Las condiciones ambientales a las que se encuentra sometida la planta de lodos activos también influyen en la reproducibilidad de las condiciones. En relación a la metodología analítica, el coeficiente de variación de Pearson es de un 7% en el caso de los Enterococcus y de un 14% para E.coli, por lo que la reproducibilidad de los resultados es buena, pudiendo considerarse homogéneo el método utilizado. Para la desinfección la presencia de peróxido de hidrógeno en los tratamientos de oxidación avanzada estudiados es imprescindible puesto que inicia la generación de especies reactivas del oxígeno (ROS) como son los radicales hidroxilo (OH·) o los radicales superóxido (O2-) que son en los que se basan los procesos de oxidación avanzada. Los radicales generados reaccionan con los componentes celulares provocando lesiones que conducen a la inactivación o incluso a la muerte celular. El peróxido de hidrógeno en contacto con el hierro presente en la célula, necesario para las actividades vitales básicas de la misma, produce un aumento de radicales intracelulares a través de una reacción Fenton, que aumentan el efecto letal inicial de los radicales. La desinfección mediante peróxido de hidrógeno presenta un máximo en relación a la concentración de éste puesto que inicialmente la generación de especies reactivas de oxígeno es inexistente debido a la ausencia de peróxido, y a partir de cierta concentración de peróxido, la generación de ROS disminuye debido a que a concentraciones demasiado elevadas, el peróxido puede actuar como scavenger de ROS produciendo un efecto inhibitorio. Capítulo 7 Conclusiones 42 La radiación ultravioleta favorece la formación de los radicales hidroxilo y superóxido. Las células contienen cromóforos intracelulares que absorben la radiación UV-A y UV-B, lo que en presencia de oxígeno resulta tóxico para la célula pues favorece la generación de especies reactivas de oxígeno, aumentando la desinfección. En los tratamientos de oxidación avanzada estudiados a pH=7 se produce una inhibición en la formación de radicales hidroxilo y por consiguiente la desinfección alcanzada es menor. A su vez, valores de pH por encima del neutro favorecen la descomposición del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno gas, por lo que existe un descenso en el poder desinfectante para valores de pH básicos. Para que el hierro actúe en las reacciones Fenton, es necesario que se encuentre en disolución puesto que así formará los complejos más activos en términos de fotoactividad, de ahí la importancia de trabajar a pH ácido. Bajo las condiciones de pH estudiadas, el efecto del hierro es inexistente o incluso desfavorable en términos de desinfección. El tratamiento más efectivo en términos de desinfección en las condiciones estudiadas corresponde a aquel con una dosis de H2O2 de 20 mg/L, en ausencia de hierro, con radiación y a pH =5. Los ejemplos que existen en la actualidad de este tipo de tratamiento son principalmente a escala de laboratorio y por consiguiente la geometría que presentan no siempre será aplicable a un proceso a escala real. En términos económicos, la instalación propuesta, consistente en tres tanques en serie siendo el primero donde se añade el peróxido de hidrógeno y se acondiciona el pH, el segundo es aquel donde se produce el tratamiento de desinfección al hacer circular el agua a través de lámparas UV y el tercero es donde se acondiciona el vertido a los valores de pH requeridos, es más cara que los tratamientos de desinfección alternativos como son la cloración o la ozonización. Capítulo 7 Conclusiones 43 8. 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