DISEÑO DE UN REACTOR ELECTROQUÍMICO PARA LA ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTES FARMACÉUTICOS EN LAS AGUAS NEGRAS DE UN HOSPITAL DE 1000 CAMAS

Abstract

[EN] Water pollution by toxic pharmaceutical pollutants has been highlighted as a global environmental issue in recent years. As conventional wastewater treatment is inefficient at degrading recalcitrant organics, there is a demand for technologies to remove pharmaceutical residues in wastewaters. Studies have shown that electrochemical oxidation can fully mineralise pharmaceuticals into biodegradable, non-toxic compounds, however, this technology has not yet been implemented on a large-scale. This work concerns the design of a treatment process for the electrochemical oxidation of a relatively low volume, high concentration blackwater stream from a typical Scottish hospital of 1,000 beds.

The proposed process was designed to handle a maximum blackwater flowrate of 60 m3 day- 1 containing a pharmaceutical pollutant concentration of 1 mg L-1. It was concluded that a batch-recirculated electrochemical reactor with BDD anodes operated at a current density of 100 mA cm-2 was optimal for the process. The electrochemical reactor module comprises a stack of 24 filter-press cells corresponding to an active anode area of 10.1 m2, a 7.8 m3 external reservoir tank and a recirculation pump. A batch treatment time of 2.5 hours was determined to be sufficient for 80% mineralisation of pollutants to yield biodegradable, non- toxic compounds. The reactor performance parameters, instantaneous current efficiency and specific energy consumption, were calculated to be 15.8% and 0.501 kWh gCOD-1, respectively.

To determine the feasibility of implementing the proposed process on a large-scale, an economic assessment was performed. Total equipment capital and energy consumption costs were calculated to be €964,000 and €389,000 yr-1, respectively. Due to excessive energy consumption and lack of revenue generation, large-scale implementation is unlikely. However, if legislation is introduced to impose restrictions on pharmaceutical concentrations in the environment, this process may be implemented to minimise the discharge of toxic pollutants to surface waters and ensure regulatory compliance.

[ES] La contaminación del agua por contaminantes farmacéuticos tóxicos se ha considerado un problema ambiental global en los últimos años. Dado que el tratamiento convencional de aguas residuales es ineficaz para degradar los compuestos orgánicos recalcitrantes, hoy en día existe una demanda de tecnologías que permitan eliminar los residuos farmacéuticos de las aguas residuales. Los estudios efectuados han demostrado que la oxidación electroquímica puede mineralizar completamente los productos farmacéuticos en compuestos biodegradables y no tóxicos; sin embargo, esta tecnología aún no se ha implementado a gran escala. En este trabajo se pretende diseñar un proceso para tratar mediante oxidación electroquímica una corriente de aguas negras, de alta concentración y caudal relativamente bajo, procedentes de un hospital típico escocés de 1.000 camas. El proceso propuesto se ha diseñado para tratar un caudal máximo de aguas negras de 60 m3/día, las cuales tienen una concentración de contaminantes farmacéuticos de 1 mg/L. Se ha concluido que el reactor óptimo para llevar a cabo el proceso es un reactor electroquímico discontinuo con recirculación, el cual utilizará ánodos BDD y trabajará a una densidad de corriente de 100 mA/cm2. El módulo del reactor electroquímico propuesto está constituido por una pila de 24 celdas del tipo filtro prensa correspondientes a un área de ánodo activo de 10,1 m2, un tanque de reserva externo de 7,8 m3 y una bomba de recirculación. Se determinó que un tiempo de tratamiento de 2,5 horas es suficiente para que la mineralización alcanzada sea del 80% de los contaminantes produciendo compuestos biodegradables y no tóxicos. Además, se calcularon los parámetros de rendimiento del reactor obteniéndose una eficiencia de corriente instantánea del 15,8% y un consumo específico de energía de 0,501 kWh/gCOD. Por último, para determinar la viabilidad de implementar el proceso propuesto, se realizó una evaluación económica. Se calcularon los costes totales de inversión y los correspondientes al consumo de energía, obteniéndose 964.000 € y 389.000 €/año, respectivamente. Debido al excesivo consumo energético y a la falta de generación de ingresos, es poco probable una implementación del proceso a gran escala. Sin embargo, si en un futuro se aprueba legislación para imponer restricciones a las concentraciones de compuestos farmacéuticos en las aguas residuales, este proceso puede implementarse para minimizar la descarga de dichos contaminantes tóxicos a las aguas superficiales y garantizar el cumplimiento normativo.