Spouted bed cónico aplicado en eliminación de fármacos de aguas con adsorbentes no convencionales

El consumo creciente de fármacos constituye un problema ambiental debido al aumento de la presencia de fármacos inalterados en aguas residuales urbanas (Fernández et al., 2010). Estas aguas residuales una vez tratadas se pueden utilizar para riesgo agrícola. El Real Decreto 3/2023 establece criterios de calidad de las aguas de consumo humano y recoge ciertos contaminantes emergentes que puedan presentar un riesgo para la salud. De hecho, la Unión Europea considera un amplio espectro de micro-contaminantes, entre los que se encuentran los fármacos, con previsión de eliminación para 2035. Las tecnologías convencionales utilizadas actualmente en las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) sólo eliminan una pequeña cantidad de estos contaminantes (Rout et al., 2021). Existen evidencias científicas de la utilización de la adsorción como tecnología para eliminar contaminantes de las aguas residuales (Varsha et al., 2022). La tecnología de Spouted Bed se ha aplicado en el tratamiento térmico de biomasas residuales mediante secado (San José et al., 2019, 2021, 2024), obtención de energía por combustión (San José et al., 2018a, 2023) y tratamiento de contaminantes por digestión anaerobia (San José et al., 2015, 2017, 2018b) y estudio de transferencia de calor (San José et al., 2023). En este estudio se realizó la adsorción de contaminantes emergentes de las aguas residuales, fármacos (analgésico, antibiótico) en un contactor cónico, utilizando lechos uniformes de tres adsorbentes no convencionales de bajo costo, obtenidos a partir de biomasas residuales, tras su activación por pretratamiento termoquímico, que permitiría lograr residuo neto cero, acorde al Nuevo Plan de Acción para la Economía Circular (Comisión Europea, 2020), en el camino hacia una economía competitiva y climáticamente neutra. En el contactor spouted bed cónico, el fluido se impulsa por la base del contactor mediante un vigoroso movimiento cíclico que garantiza un buen contacto entre el contaminante y el adsorbente y favorece la transferencia de materia. El fluido abre una zona central, denominada zona de spout, por donde ascienden las partículas del sólido, describiendo una fuente en la región superior. Posteriormente, éstas descienden por la zona anular incorporándose a la zona de spout a diferentes niveles del lecho. La velocidad mínima para alcanzar el régimen de spouted bed de lechos homogéneos de cada uno de los adsorbentes en el agua residual simulada (con cada emergente), experimentalmente se determinó a partir de las fluctuaciones de pérdida de carga. Se obtuvieron los resultados experimentales de la eliminación de cada fármaco a partir de la evolución de su concentración en el agua residual. Se comprueba la existencia de adsorbentes de biomasa residual de buena eficacia de eliminación de fármacos de aguas residuales en un contactor spouted bed cónico, que podrían aplicarse a escala industrial.
Agradecimientos. Esta publicación es parte de dos proyectos de I+D+i: - TED2021-130150B-I00 financiado por MCIU/AEI/10.13039/501100011033/ y por EU NextGenerationEU/PRTR y - PID2021-126331OB-I00 financiado por MCIU/AEI/10.13039/501100011033/ y por FEDER Una manera de hacer Europa.
Referencias: - Comisión Europea. Nuevo Plan de Acción para la Economía Circular (PAEC) por una Europa más limpia y más competitiva. COM/2020/98 final. -Fernández C, et al. Sci. Total Environ 408, 543(2010). - Real Decreto 3/2023. BOE, 9, 4253(2023). -San José MJ, Alvarez S, López R.: - Int Conf Ind Waste Wastewater Treatment Valorisation, Athens (2015); - Eur Cong App Biotechnol. Barcelona (2017); - Catal. Today, 305, 13-18 (2018a); - Natural Gas Utilization Work. Texas (2018b); - Drying Technol., 37, 118(2019); - Fuel Process. Technol., 221, 106950(2021); - Fuel Process. Technol.,239, 107543(2023); - Powder Technology, 436 119455 (2024). -Varsha M, et al. Chemosphere, 287 132270(2022).

Con objeto de llevar a cabo la eliminación de fármacos de aguas residuales por adsorción en un reactor spouted bed cónico, se ha llevado a cabo la adsorción de determinados fármacos con un adsorbente no convencional y de bajo coste tras ser activado termoquímicamente, realizando un estudio fluidodinámico y del índice de mezcla en los lechos de adsorbente con cada fármaco.

El proceso de adsorción de fármacos de aguas residuales se ha realizado en un reactor spouted bed cónico. En el contactor spouted bed cónico, el fluido se impulsa por la base, abre una zona central, zona de spout, por donde asciende el lecho describiendo una fuente en la región superior. Posteriormente, desciende por la zona anular y se incorpora a la zona de spout a diferentes niveles, recirculando el fluido al lecho. El buen comportamiento de esta tecnología se basa en el vigoroso movimiento cíclico que proporciona alta turbulencia en el lecho, garantizando buen contacto entre el fármaco y el adsorbente, alta transferencia de materia [7, 13-14] en la adsorción, respecto al lecho fijo y al lecho fluidizado y un lecho homogéneo al evitar la segregación del adsorbente [15]. El adsorbente obtenido a partir de biomasa residual, para lograr el residuo neto cero, según el Nuevo Plan de Acción Circular para la Economía Circular 2020 de la UE [3], se pretrató mediante activación termoquímica.

Con objeto de llevar a cabo la eliminación de contaminante emergentes de aguas residuales mediante adsorción en un reactor spouted bed cónico, la velocidad mínima de fluido requerida para alcanzar el régimen de spouted bed de lechos de agua residual con adsorbente se determinó experimentalmente. Se cuantificó la segregación de los lechos de agua residual con adsorbente.
Se preparó adsorbente de bajo coste a partir de residuos de la industria de transformación de la madera mediante activación termoquímica.
La adsorción de tres fármacos diferentes pertenecientes a la categoría terapéutica de analgésicos, se llevó a cabo a temperatura ambiente en un reactor spouted bed cónico en el régimen de spouted bed.
Los valores experimentales de la capacidad de eliminación de los fármacos con adsorbente obtenido por activación termoquímica a partir de residuos de la industria maderera en un reactor spouted bed cónico son superiores a los obtenidos en otros sistemas.