Estudio de la influencia del material anódico y la intensidad de corriente en el tratamiento de un agua residual de hospital mediante electrooxidación

[ES] Actualmente, la presencia de productos farmacéuticos en el medio ambiente se ha convertido en un motivo de creciente preocupación. Una parte importante de estos compuestos no consigue metabolizarse completamente tras su consumo y se excretan al medio, lo que puede dar lugar a su presencia en lo...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Sánchez López, Javier
Tipo de recurso: tesis de maestría
Fecha de publicación:2025
País:España
Institución:Universitat Politècnica de València (UPV)
Repositorio:RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valéncia
Idioma:español
OAI Identifier:oai:riunet.upv.es:10251/229692
Acceso en línea:https://riunet.upv.es/handle/10251/229692
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Palabras clave: BDD
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Electrodo de titanio
Electrodo cerámico de SnO2-Sb
Electrooxidación
Agua residual de hospital
Contaminantes emergentes
EDAR.
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Ceramic SnO2-Sb electrode
Electro-oxidation
Hospital wastewater
Emerging contaminants
WWTP.
Máster Universitario en Ingeniería Química-Màster Universitari en Enginyeria Química
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García Gabaldón, Montserrat
Balseviciute, Adele
Departamento de Ingeniería Química y Nuclear
Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial
Instituto Universitario de Seguridad Industrial, Radiofísica y Medioambiental
Repositorio Institucional de la Universitat Politècnica de València Riunet
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description [ES] Actualmente, la presencia de productos farmacéuticos en el medio ambiente se ha convertido en un motivo de creciente preocupación. Una parte importante de estos compuestos no consigue metabolizarse completamente tras su consumo y se excretan al medio, lo que puede dar lugar a su presencia en los ecosistemas acuáticos y terrestres, suponiendo un riesgo para la salud humana y del medio ambiente. Los contaminantes emergentes (CEs) se encuentran en concentraciones desde ng/l hasta mg/l, y pueden generar efectos negativos en el entorno natural, como por ejemplo la resistencia bacteriana a los antibióticos o la ingesta inconsciente de algunos fármacos como antibióticos, anticonceptivos o antidepresivos. Una de las consecuencias por lo que los CEs están tan presentes en el medio ambiente reside en la incapacidad que tienen las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) de eliminar estos compuestos de manera eficaz. El presente Trabajo Final de Máster se centra en el estudio del papel del material anódico en la degradación de fármacos en un agua residual de hospital mediante la electrooxidación. Con esta técnica, se lleva a cabo la descomposición y degradación de contaminantes orgánicos persistentes presentes en dicha agua residual mediante la generación de especies oxidantes sobre la superficie del ánodo. En el presente TFM se llevan a cabo ensayos empleando los siguientes materiales anódicos: un electrodo de diamante dopado con boro, (BDD por sus siglas en inglés), un electrodo DSA (Dimensionally Stable Anodes, o por su traducción al castellano, Ánodos Dimensionalmente Estables), un electrodo de titanio y un electrodo cerámico de SnO2-Sb. Al emplear diferentes materiales anódicos, se puede comparar el efecto que tienen éstos sobre la degradación de fármacos en el agua residual. Además, se evaluará el efecto de la corriente aplicada sobre la eficacia de degradación. Previo a los ensayos de electrooxidación, se lleva a cabo la caracterización electroquímica de los materiales anódicos a través de ensayos de voltametría cíclica y lineal. Las muestras obtenidas tras los ensayos de degradación se analizan a través de espectroscopía de ultravioleta visible, cromatografía iónica y análisis del carbono orgánico total. Una vez analizadas las muestras, se determinan parámetros como el consumo energético específico o rendimiento de mineralización, de manera que se puede relacionar el efecto del material anódico y la intensidad aplicada sobre la eficiencia energética del proceso. Los resultados muestran que tanto la intensidad de corriente como el tipo de material anódico influyen significativamente en la eficiencia del proceso de electrooxidación. El electrodo BDD ha demostrado ser el más eficaz en la eliminación de contaminantes orgánicos debido a su capacidad para generar radicales altamente oxidantes. Este aspecto lo convierte en una alternativa especialmente eficiente para el tratamiento de aguas residuales hospitalarias. No obstante, todos los electrodos han presentado grados de mineralización similares. Finalmente, aunque si bien es cierto que el electrodo DSA ha sido el electrodo que ha ofrecido mejores resultados de consumo energético, le sigue el electrodo BDD, siendo el electrodo cerámico de SnO2-Sb el que peores resultados ha ofrecido en este sentido. A modo de conclusión, se puede afirmar que el electrodo BDD ha demostrado un gran equilibrio entre eficacia de eliminación de contaminantes y consumo energético específico, lo que refuerza su conveniencia como alternativa tecnológica principal en procesos de tratamiento de aguas residuales de hospital.
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Una parte importante de estos compuestos no consigue metabolizarse completamente tras su consumo y se excretan al medio, lo que puede dar lugar a su presencia en los ecosistemas acuáticos y terrestres, suponiendo un riesgo para la salud humana y del medio ambiente. Los contaminantes emergentes (CEs) se encuentran en concentraciones desde ng/l hasta mg/l, y pueden generar efectos negativos en el entorno natural, como por ejemplo la resistencia bacteriana a los antibióticos o la ingesta inconsciente de algunos fármacos como antibióticos, anticonceptivos o antidepresivos. Una de las consecuencias por lo que los CEs están tan presentes en el medio ambiente reside en la incapacidad que tienen las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) de eliminar estos compuestos de manera eficaz. El presente Trabajo Final de Máster se centra en el estudio del papel del material anódico en la degradación de fármacos en un agua residual de hospital mediante la electrooxidación. Con esta técnica, se lleva a cabo la descomposición y degradación de contaminantes orgánicos persistentes presentes en dicha agua residual mediante la generación de especies oxidantes sobre la superficie del ánodo. En el presente TFM se llevan a cabo ensayos empleando los siguientes materiales anódicos: un electrodo de diamante dopado con boro, (BDD por sus siglas en inglés), un electrodo DSA (Dimensionally Stable Anodes, o por su traducción al castellano, Ánodos Dimensionalmente Estables), un electrodo de titanio y un electrodo cerámico de SnO2-Sb. Al emplear diferentes materiales anódicos, se puede comparar el efecto que tienen éstos sobre la degradación de fármacos en el agua residual. Además, se evaluará el efecto de la corriente aplicada sobre la eficacia de degradación. Previo a los ensayos de electrooxidación, se lleva a cabo la caracterización electroquímica de los materiales anódicos a través de ensayos de voltametría cíclica y lineal. Las muestras obtenidas tras los ensayos de degradación se analizan a través de espectroscopía de ultravioleta visible, cromatografía iónica y análisis del carbono orgánico total. Una vez analizadas las muestras, se determinan parámetros como el consumo energético específico o rendimiento de mineralización, de manera que se puede relacionar el efecto del material anódico y la intensidad aplicada sobre la eficiencia energética del proceso. Los resultados muestran que tanto la intensidad de corriente como el tipo de material anódico influyen significativamente en la eficiencia del proceso de electrooxidación. El electrodo BDD ha demostrado ser el más eficaz en la eliminación de contaminantes orgánicos debido a su capacidad para generar radicales altamente oxidantes. Este aspecto lo convierte en una alternativa especialmente eficiente para el tratamiento de aguas residuales hospitalarias. No obstante, todos los electrodos han presentado grados de mineralización similares. Finalmente, aunque si bien es cierto que el electrodo DSA ha sido el electrodo que ha ofrecido mejores resultados de consumo energético, le sigue el electrodo BDD, siendo el electrodo cerámico de SnO2-Sb el que peores resultados ha ofrecido en este sentido. A modo de conclusión, se puede afirmar que el electrodo BDD ha demostrado un gran equilibrio entre eficacia de eliminación de contaminantes y consumo energético específico, lo que refuerza su conveniencia como alternativa tecnológica principal en procesos de tratamiento de aguas residuales de hospital.[EN] Currently, the presence of pharmaceutical products in the environment has become a matter of growing concern. A significant portion of these compounds is not fully metabolized after consumption and is excreted into the environment, which can lead to their presence in aquatic and terrestrial ecosystems, posing a risk to both human health and the environment. Emerging contaminants (ECs) are found in concentrations ranging from ng/L to mg/L, and they can generate negative effects in the natural environment, such as bacterial resistance to antibiotics or the unintentional ingestion of certain pharmaceuticals like antibiotics, contraceptives, or antidepressants. One of the reasons why ECs are so prevalent in the environment lies in the inability of wastewater treatment plants (WWTPs) to effectively remove these compounds. This Master s Thesis focuses on the study of the role of the anode material in the degradation of pharmaceuticals in hospital wastewater through electro-oxidation. With this technique, persistent organic contaminants present in such wastewater are decomposed and degraded by the generation of oxidizing species on the surface of the anode. In this work, tests are carried out using the following anode materials: a boron-doped diamond electrode (BDD), a Dimensionally Stable Anode (DSA), a titanium electrode, and a ceramic SnO2- Sb electrode. By employing different anode materials, the effect of each one on the degradation of pharmaceuticals in wastewater can be compared. In addition, the effect of the applied current on the degradation efficiency will be evaluated. Prior to the electro-oxidation tests, the electrochemical characterization of the anode materials is performed through cyclic and linear voltammetry experiments. The samples obtained after the degradation tests are analyzed by ultraviolet-visible spectroscopy, ion chromatography, and total organic carbon analysis. Once the samples are analyzed, parameters such as specific energy consumption and mineralization efficiency are determined, allowing the correlation between the effect of the anode material and the applied current intensity on the energy efficiency of the process. The results show that both current intensity and the type of anode material significantly influence the efficiency of the electro-oxidation process. The BDD electrode has proven to be the most effective in eliminating organic contaminants due to its ability to generate highly oxidizing radicals. This makes it a particularly efficient alternative for the treatment of hospital wastewater. Nevertheless, all electrodes showed similar degrees of mineralization. Finally, although the DSA electrode provided the best results in terms of energy consumption, it was followed by the BDD electrode, while the ceramic SnO2-Sb electrode showed the poorest performance in this regard. In conclusion, the BDD electrode has demonstrated a strong balance between contaminant removal efficiency and specific energy consumption, reinforcing its suitability as a key technological alternative for hospital wastewater treatment processes.[CA] Actualment, la presència de productes farmacèutics en el medi ambient s’ha convertit en un motiu de creixent preocupació. Una part important d’aquests compostos no aconsegueix metabolitzar-se completament després del seu consum i s’excreten al medi, la qual cosa pot donar lloc a la seua presència en els ecosistemes aquàtics i terrestres, suposant un risc per a la salut humana i per al medi ambient. Els contaminants emergents (CEs) es troben en concentracions des de ng/l fins a mg/l, i poden generar efectes negatius en l’entorn natural, com ara la resistència bacteriana als antibiòtics o la ingesta inconscient d’alguns fàrmacs com antibiòtics, anticonceptius o antidepressius. Una de les conseqüències per les quals els CEs estan tan presents en el medi ambient resideix en la incapacitat que tenen les estacions depuradores d’aigües residuals (EDAR) d’eliminar aquests compostos de manera eficaç. El present Treball Fi de Màster se centra en l’estudi del paper del material anòdic en la degradació de fàrmacs en una aigua residual d’hospital mitjançant l’electrooxidació. Amb aquesta tècnica, es du a terme la descomposició i degradació de contaminants orgànics persistents presents en aquesta aigua residual mitjançant la generació d’espècies oxidants sobre la superfície de l’ànode. En aquest TFM es duen a terme assajos emprant els següents materials anòdics: un elèctrode de diamant dopat amb bor (BDD per les seues sigles en anglès), un elèctrode DSA (Dimensionally Stable Anodes, o en la seua traducció al valencià, Ànodes Dimensionalment Estables), un elèctrode de titani i un elèctrode ceràmic de SnO₂-Sb. En emprar diferents materials anòdics, es pot comparar l’efecte que tenen aquests sobre la degradació de fàrmacs en l’aigua residual. A més, s’avaluarà l’efecte de la intensitat de corrent aplicada sobre l’eficàcia de degradació. Abans dels assajos d’electrooxidació, es du a terme la caracterització electroquímica dels materials anòdics a través d’assajos de voltametria cíclica i lineal. Les mostres obtingudes després dels assajos de degradació s’analitzen a través d’espectroscòpia d’ultraviolat visible, cromatografia iònica i anàlisi del carboni orgànic total. Una vegada analitzades les mostres, es determinen paràmetres com el consum energètic específic o el rendiment de mineralització, de manera que es pot relacionar l’efecte del material anòdic i la intensitat aplicada sobre l’eficiència energètica del procés. Els resultats mostren que tant la intensitat de corrent com el tipus de material anòdic influeixen significativament en l’eficiència del procés d’electrooxidació. L’elèctrode de BDD ha demostrat ser el més eficaç en l’eliminació de contaminants orgànics a causa de la seua capacitat per generar radicals altament oxidants. Aquest aspecte el converteix en una alternativa especialment eficient per al tractament d’aigües residuals hospitalàries. No obstant això, tots els elèctrodes han presentat graus de mineralització similars. Finalment, encara que és cert que l’elèctrode DSA ha sigut el que ha oferit millors resultats de consum energètic, li seguix l’elèctrode BDD, sent l’elèctrode ceràmic de SnO₂-Sb el que pitjors resultats ha oferit en aquest sentit. A mode de conclusió, es pot afirmar que l’elèctrode BDD ha demostrat un gran equilibri entre eficàcia d’eliminació de contaminants i consum energètic específic, la qual cosa reforça la seua conveniència com a alternativa tecnològica principal en processos de tractament d’aigües residuals d’hospital.Universitat Politècnica de ValènciaMartí Calatayud, Manuel CésarGarcía Gabaldón, MontserratBalseviciute, AdeleDepartamento de Ingeniería Química y NuclearEscuela Técnica Superior de Ingeniería IndustrialInstituto Universitario de Seguridad Industrial, Radiofísica y MedioambientalRepositorio Institucional de la Universitat Politècnica de València Riunet20252025-11-0420252025-09-26master thesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdccinfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://riunet.upv.es/handle/10251/229692reponame:RiuNet. 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