Procesos de oxidación avanzada para el tratamiento de aguas residuales industriales contaminadas con 1,4 dioxano

Abstract

La mayor concienciación medio ambiental, una legislación cada vez más rigurosa, la optimización de los circuitos de agua, la reutilización de los efluentes industriales, así como los nuevos métodos de monitorización y control, obligan al desarrollo de nuevas tecnologías, cada vez más avanzadas, que permitan una mejor depuración de las aguas residuales industriales. Entre los contaminantes comunes en las aguas residuales industriales están los disolventes orgánicos, usados como productos de limpieza, disolventes, medio de dispersión, agentes de control de viscosidad y tensión superficial, plastificadores, conservantes, etc. A pesar de los beneficios, muchos de los disolventes y sus estabilizadores son biorecalcitrantes o incluso tóxicos para el tratamiento biológico de una depuradora convencional. De hecho, los estabilizadores (antioxidantes, inhibidores de corrosión, etc.) son especialmente resistentes, ya que están diseñados para mantenerse estables durante todo el proceso industrial para evitar la descomposición del disolvente. El 1,4-dioxano es un éter cíclico sintético que llega a los recursos acuáticos mayoritariamente a través de su uso directo en la producción industrial como disolvente, en la fabricación de, por ejemplo, fármacos y polímeros (plásticos, gomas y fibras), pero también se genera como un subproducto de la fabricación de surfactantes, poliésteres, resinas, etc. Además de estar clasificado como probable carcinógeno para el ser humano, el 1,4-dioxano presenta múltiples efectos dañinos para la salud, como fallo renal y daño hepático. Desafortunadamente, los métodos tradicionales de tratamiento de aguas residuales contaminadas con disolventes (como destilación, air stripping, adsorción con carbono, procesos de membrana y tratamiento biológico convencional) tienden a fallar en la eliminación completa de 1,4-dioxano debido a su gran solubilidad en agua, baja presión de vapor y naturaleza biorefractaria. Por ello, se requieren tratamientos específicos de aguas para prevenir la entrada y acumulación de este compuesto persistente en el medio acuático. En las últimas dos décadas se ha demostrado que los procesos de oxidación avanzada (POAs) son capaces de descontaminar efluentes industriales contaminados con diversas sustancias biorefractarias. Por lo tanto, en esta Tesis Doctoral se estudian como alternativa para el tratamiento de 1,4-dioxano en efluentes industriales...Water quality is becoming one of the biggest emerging problems of the industrial world. As the public awareness of environmental protection and water pollution increases, the legislation on wastewater discharge is also becoming stricter and new monitoring, risk management and control policies are adopted every year. Therefore, improved wastewater reclamation technologies are required to meet the stringent discharge limits for toxic and hazardous substances. Among the common industrial wastewater contaminants are organic solvents, used as cleaning agents, dissolvents, dispersion medium, viscosity and surface tension adjusters, plasticisers, preservatives, etc. A great number of the industrial solvents and their stabilizing chemicals are biorefractory and even toxic to the bacterial communities in conventional wastewater treatment plants (WWTPs). In fact, the solvent stabilizers used to avoid solvent break down (antioxidants, acid acceptors, corrosion inhibitors, etc.) are meant to be especially persistent as they are chosen specifically for their ability to remain stable throughout the industrial processes. One of the persistent and problematic solvents, corrosion inhibitors and swelling agents is 1,4- dioxane. Despite the stricter discharge limits, it is continuously discovered in secondary effluents of conventional WWTPs as well as in natural water supplies. This synthetic cyclic ether comes into our water resources primarily from direct use in, for instance, pharmaceutical industry and polymer (plastics, rubber and fibre) production, but it is also generated as an industrial by-product of, for example, ethoxylated surfactants production or polyester and resin manufacture. 1,4-Dioxane may pose a multitude of harmful health effects, such as kidney failure and liver damage; furthermore, it is also classified as a probable human carcinogen. Unfortunately, the traditional methods of treating wastewaters with organic solvents (including distillation, air stripping, carbon adsorption, membrane processes and conventional biological treatment) tend to fail in completely removing the 1,4-dioxane due to its high solubility, low vapour pressure and biorefractory nature. Thus, more efficient wastewater treatment methods are needed to prevent the pile-up of this persistent and bioaccumulative chemical in the environment. The objective of this PhD thesis was driven by an actual industrial case of water contamination by 1,4-dioxane that was not degraded by the conventional wastewater treatment in the biological unit of the plant and, thus, remained in the final effluent at high concentrations. Through extensive research during the last two decades, advanced oxidation processes (AOPs) have shown a great capacity to decontaminate industrial effluents containing diverse biorefractory substances. Therefore, this alternative was chosen for the treatment of this effluent during the development of this doctoral thesis...