Vías de degradación de antibióticos en tratamientos fotocatalíticos y biológicos de aguas residuales. Aplicación a sulfadiacina, tetraciclina y ciprofloxacino

Abstract

En este trabajo fin de grado se estudian diversos procesos de degradación de tres antibióticos: sulfadiacina (SDZ), tetraciclina (TET) y ciprofloxacino (CIP) para cuantificar su eliminación y determinar los productos de degradación obtenidos. Para ello, se desarrolla un estudio experimental en el laboratorio del Instituto de Procesos Sostenibles (ISP) del Departamento Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente en la Universidad de Valladolid. Se trabaja con un tratamiento terciario como la fotocatálisis con TiO2 y un tratamiento secundario biológico (incluyendo los mecanismos de fotólisis, hidrólisis, biodegradación y adsorción) en reactores a escala de laboratorio donde se estudia y controla el proceso de degradación. Para el análisis de las muestras de los reactores y la cuantificación de la degradación de los compuestos se utiliza un equipo HPLC-QTOF-MS ubicado en el Laboratorio de Técnicas Instrumentales de la Universidad de Valladolid. Se obtiene una degradación nula para la SDZ por hidrólisis y fotólisis, y mediante adsorción para los tres antibióticos. Además, se alcanza un porcentaje de eliminación del 99 % para la TET y el CIP, y un 25,3 % para la SDZ por fotocatálisis. Y un porcentaje de eliminación del 89,4 % para la SDZ, 99,9 % para la TET y 67,2 % para el CIP por el tratamiento biológico. Los productos obtenidos por la degradación de la sulfadiacina son: C10H10N4O3S, C10H10N4O4S, C10H8N4O4S, C10H10N4 y C10H10N4O2S; para la tetraciclina: C8H6O2, C19H18NO8, C19H19NO7 y, para el ciprofloxacino: C13H11FN2O3, C14H16N3O3, C16H18FN3O3, C17H16FN3O5, C17H19N3O4.

This final degree work is based on the degradation of three antibiotics: sulfadiazine (SDZ), tetracycline (TET) and ciprofloxacino (CIP) to quantify their elimination and determine the degradation products obtained. For this, an experimental study is being carried out in the laboratory of the Institute of Sustainable Processes (ISP) of the Department of Chemical Engineering and Environmental Technology at the University of Valladolid. We work with a tertiary treatment such as photocatalysis with TiO2 and a secondary treatment such as biodegradation (including the mechanisms of photolysis, hydrolysis and adsorption) in laboratory-scale reactors where the degradation process is studied and controlled. The HPLC-QTOF-MS equipment at the Instrumental Techniques Laboratory of the University of Valladolid is use to analyze the samples collected from the reactors. Zero degradation was obtained for SDZ by hydrolysis and photolysis, and by adsorption for all three antibiotics. In addition, an elimination rate of 99% is achieved for TET and CIP, and 25.3% for SDZ by photocatalysis. Also, an elimination rate of 89.4% for SDZ, 99.9% for TET and 67.2 % was attained for CIP for biodegradation treatment. The products obtained from the degradation of sulfadiazine are: C10H10N4O3S, C10H10N4O4S, C10H8N4O4S, C10H10N4 and C10H10N4O2S; C8H6O2, C19H18NO8 and C19H19NO7 for tetracycline, and finally: C13H11FN2O3, C14H16N3O3, C16H18FN3O3, C17H16FN3O5 and C17H19N3O4 for ciprofloxacino.