Evaluación de la remoción de azitromicina en el efluente de una planta de tratamiento de aguas residuales mediante procesos electroquímicos
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Resumen
La descarga de antibióticos en efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) representa un desafío crítico para la gestión de contaminantes emergentes. Este estudio evaluó la remoción de azitromicina (AZM) mediante procesos electroquímicos aplicados como tratamiento terciario en matrices reales de la PTAR Salitre Bogotá.
La investigación se desarrolló bajo condiciones operacionales estrictas sin ajuste de pH ni adición de electrolitos de soporte o catalizadores. Se emplearon dos configuraciones en modo reactor discontinuo un reactor exploratorio (5 L) y uno controlado (0.6 L), utilizando electrodos de acero inoxidable AISI 304/304L con dos grados de rugosidad superficial (P1500 y P100). La cuantificación de AZM se realizó mediante espectrofotometría UV–Vis (482 nm), validada mediante análisis de efecto matriz y pruebas de recuperación.
En la fase exploratoria con retorno de centrífuga conductividad 6.1–6.3 mS/cm, se confirmó la viabilidad del sistema en medios de alta fuerza iónica natural. Bajo operación de corriente 5 A, se obtuvieron remociones máximas cercanas al 55% para DQO y AZM a los 180 min, con un consumo energético específico SEC de 47.8 kWh/m³. Las eficiencias farádicas aparentes superiores al 100% sugieren la convergencia de mecanismos híbridos, incluyendo electro oxidación, electrocoagulación y electroflotación.
La fase controlada, realizada con efluente secundario conductividad 30–1027 µS/cm, empleó un diseño factorial completo 24. El modelo estadístico p=0.0436 identificó al voltaje p=0.031 y su interacción con el tiempo p=0.0257 como los factores determinantes. Se observó un comportamiento antagonista a 30 V, el incremento del tiempo a 60 min no mejora significativamente la remoción, indicando limitaciones por transferencia de masa y reacciones secundarias.
La condición óptima identificada fue 30 V, 30 min, 20 mg/L de AZM y rugosidad P1500, alcanzando una remoción del 33. % con un SEC de 6.48 kWh/m³. Los resultados demuestran que, en matrices reales sin acondicionamiento químico, el desempeño está gobernado por la intensidad del campo eléctrico y su interacción temporal, proporcionando criterios operativos clave para la optimización energética y el escalamiento de tecnologías electroquímicas. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
The discharge of antibiotics in wastewater treatment plant (WWTP) effluents poses a critical challenge for managing emerging contaminants. This study evaluated the removal of azithromycin (AZM) through electrochemical processes applied as a tertiary treatment in real matrices from the Salitre WWTP (Bogotá).
The research was conducted under strict operating conditions, with no pH adjustment and without the addition of supporting electrolytes or catalysts. Two batch configurations were used: an exploratory reactor (5 L) and a controlled reactor (0.6 L), employing AISI 304/304L stainless-steel electrodes with two levels of surface roughness (P1500 and P100). AZM was quantified by UV–Vis spectrophotometry (482 nm), validated through matrix-effect assessment and recovery tests.
In the exploratory phase using centrifuge return with conductivity of 6.1–6.3 mS/cm, system feasibility was confirmed in media with naturally high ionic strength. Under 5 A current operation, maximum removals close to 55% for COD and AZM were achieved at 180 min, with a specific energy consumption (SEC) of 47.8 kWh/m³. Apparent Faradaic efficiencies above 100% suggest the convergence of hybrid mechanisms, including electrooxidation, electrocoagulation, and electroflotation.
The controlled phase, performed with secondary effluent (conductivity 30–1027 µS/cm), employed a full 2⁴ factorial design. The statistical model (p = 0.0436) identified voltage (p = 0.031) and its interaction with time (p = 0.0257) as the determining factors. An antagonistic behavior was observed at 30 V: increasing the treatment time to 60 min did not significantly improve removal, indicating limitations due to mass transfer and secondary reactions.
The optimal condition identified was 30 V, 30 min, 20 mg/L AZM, and P1500 roughness, achieving 33% removal with an SEC of 6.48 kWh/m³. The results demonstrate that, in real matrices without chemical conditioning, performance is governed by the electric-field intensity and its temporal interaction, providing key operational criteria for energy optimization and scaling up electrochemical technologies.
Descripción
ilustraciones a color, diagramas, fotografías, tablas
Palabras clave propuestas
Términos Normalizados
620 - Ingeniería y operaciones afines::628 - Ingeniería sanitaria; Sensores electroquímicos; Agentes antibacteriales; Antibacterial agents; Azitromicina; Azithromycin; Aguas residuales -- Purificación -- Oxidación; Sewage -- Purification -- Oxidation; Electroquímica e instrumentos; Electrochemical apparatus; Sensores electroquímicos; Electrochemical sensors