Removal mechanisms of organic micropollutants in activated sludge reactors

Abstract

Los mecanismos de eliminación de microcontaminantes orgánicos (MCOs), principalmente compuestos farmacéuticos y de cuidado personal (CFCPs), se estudiaron en reactores de lodos activos. Para una determinación precisa de biodegradación y sorción, se cuantificaron las concentraciones en fase líquida y sólida mediante técnicas analíticas avanzadas: extracción en fase sólida (SPE) y extracción de ultrasonidos con disolventes (USE) acoplada a cromatografía de gases y líquida acoplada a espectrometría de masas (GC/MS y LC/MS/MS). Debido a la mayor capacidad de las bacterias oxidantes de amonio para la biodegradación de MCOs, se estudió la biomasa nitrificante en detalle. Las altas actividades nitrificantes de hasta 1,5 g N/g VSS•d que se alcanzaron en un reactor nitrifcante alimentado con amonio y bicarbonato permitieron altas tasas de eliminación de los MCOs biodegradables. En cambio, compuestos recalcitrantes como carbamazepina y diazepam no fueron degradados. La operación a tiempos de residencia hidráulica (TRH) altos (4 d) incrementó la biodegradación de compuestos con una cinética lenta/intermedia. La sorción sólo jugó un papel significativo en la eliminación de fragancias debido a su carácter lipofílico. La alta correlación entre las tasas de nitrificación y degradación de MCOs condujo al desarrollo de un modelo de cometabolismo capaz de determinar con más precisión el comportamiento de MCOs. Aun así, se realizaron ensayos batch para confirmar la participación de las bacterias nitrificantes en la biotransformación de los MCOs. La capacidad de las mismas para degradar ibuprofeno y naproxeno se demostró tanto en el lodo nitrificante como en lodo activo de una estación depuradora de aguas residuales (EDAR). Por el contrario, la biotransformación de sulfametoxazol tuvo lugar únicamente en condiciones heterótrofas en los lodos desarrollados a un tiempo de retención celular (TRC) elevado. El comportamiento inconsistente de algunos MCOs, tales como trimetoprim y diclofenac, en el lodo nitrificante se atribuyó a las variaciones en TRC, con eficacias de eliminación significativas sólo a alto TRC (˃100 d). Por el contrario, el lodo activo desarrollado a alto TRC (35 d) en EDAR mostró una mayor capacidad para la biodegradación de cafeína, ibuprofeno, iopromide, naproxeno y sulfametoxazol. En cambio, trimetoprim y diclofenac no se degradaron. Las altas tasas de biodegradación de paracetamol, cafeína e iopromide en respiración endógena en este tipo de lodos sugieren que estos compuestos podrían ser empleados como sustratos primarios por los microorganismos. Estos resultados sugieren un papel predominante de microorganismos heterótrofos de lento crecimiento, desarrollados a alto TRC, en la degradación de MCOs en comparación con los microorganismos nitrificantes.