La contaminación del agua sigue siendo uno de los desafíos ambientales y de salud pública más apremiantes de la era moderna. Entre los muchos contaminantes que amenazan los ecosistemas acuáticos y los suministros de agua potable, los productos químicos que se descomponen endocrina (EDC) han suscitado especial preocupación debido a su capacidad de interferir con sistemas hormonales en concentraciones extremadamente bajas.

Comprender los disruptores endocrinos

Los disruptores endocrinos son sustancias químicas exógenas que pueden imitar, bloquear o alterar la función normal del cuerpo plaga#8217; sus hormonas naturales. Debido a que las hormonas regulan casi todos los procesos fisiológicos; crecimiento, desarrollo, reproducción, metabolismo y función inmunitaria; incluso las perturbaciones menores pueden tener consecuencias de largo alcance.El sistema endocrino opera sobre un delicado equilibrio de las moléculas de señalización y las vías de los receptores

Clases y fuentes comunes

Miles de sustancias químicas se han identificado como posibles disruptores endocrinos, pero varias clases son particularmente generalizadas en las fuentes de agua:

  • Bisphenol A (BPA)] y sus análogos: Utilizados en plásticos policarbonatos, resinas epoxis forro de latas de alimentos y papel térmico. La BPA se dedica al medio ambiente durante la fabricación, el uso y la eliminación.
  • Phthalates: Plásticores encontrados en productos de PVC, cosméticos y dispositivos médicos. Son ubicuas en aguas residuales y superficiales.
  • Los pesticidas: Los compuestos organoclorados como DDT (y sus metabolitos), la atrazina y el glifosato persisten en el suelo y el agua. Muchos son conocidos disruptores endocrinos.
  • ]Pharmaceuticals: Anticonceptivos hormonales (estradiol de ethinil), antibióticos, antiinflamatorios no esteroideos (AINE) y antidepresivos. Estos entran en vías de navegación por excreción humana y eliminación inadecuada.
  • Productos químicos industriales: Ethers de difenilo polibromados (PBDE) utilizados como retardantes de llamas, y alquilphenols (por ejemplo, noilofenol) utilizados en detergentes.
  • Micotoxinas y hormonas naturales: Los metabolitos fúngicos también pueden interrumpir los sistemas endocrinos.

Impactos Ecológicos y de Salud

Los efectos de la exposición crónica a los EDCs se han documentado tanto en la fauna como en las poblaciones humanas. En organismos acuáticos, feminización de peces masculinos, reproducción con deficiencias y comportamiento alterado se han relacionado con la mezcla de compuestos estrógenos en el efluente de aguas residuales.Para humanos, estudios epidemiológicos La exposición a los EDC con recuentos de esperma, pubertad temprana en las niñas, mayor incidencia de cánceres sensibles hormonas

"Los disruptores endocrinos representan una pandemia silenciosa; sus efectos de baja dosis y su presencia generalizada en el medio ambiente retan nuestros paradigmas toxicológicos tradicionales." — Ana Soto, Universidad Tufts

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Tratamiento del agua convencional y sus limitaciones

Los trenes de tratamiento de agua estándar incluyen coagulación, floculación, sedimentación, filtración de arena y cloración. Aunque estos procesos son eficaces para eliminar la turbididad, patógenos y alguna materia orgánica, a menudo son inadecuadas para los EDC. La coagulación y la floculación se centran principalmente en partículas dianas, pero muchos EDC son de generación soluble o están vinculados a carbono orgánico disuelto.

Ozono: Mecanismo y Química

La oxigenación es un proceso de purificación del agua que se basa en las poderosas propiedades oxidantes del gas del ozono (O3). La ozono es una molécula natural compuesta de tres átomos de oxígeno, con un potencial de oxidación (2.07 V) segundo sólo a la fluorina entre los oxidantes comunes.

Degradation Pathways for EDCs

La estructura química de muchos EDCs incluye anillos aromáticos, grupos fenólicos y bonos insaturados susceptibles al ataque al ozono. Por ejemplo, bisphenol A contiene dos grupos fenólicos; el ozono acumula el vínculo entre los anillos o abre la estructura aromática, produciendo ácidos orgánicos más pequeños y menos dañinos, aldehídos y, en última instancia, el dióxido de carbono y el agua.

Kinetics y subproductos de reacción

El tiempo de contacto de la ULT es un factor de reducción de la tensión de los gases de efecto invernadero, que se puede utilizar en el caso de los hidrogenos, y que se utilizan en el sistema de eliminación de la energía, y que se utilizan en el sistema de los productos de la energía, y que se utilizan en el sistema de los sistemas de transmisión de datos.

Ozonación para la eliminación del disruptor endocrino: evidencia de investigación y práctica

Numerosos estudios examinados por pares han examinado la eficiencia de la ozonificación para eliminar los EDC del agua potable y las aguas residuales.

Bisphenol A (BPA)

Los ensayos a escala experimental y de laboratorio muestran que la ozonación a dosis de 2–5 mg O3/L con tiempos de contacto de 2–10 minutos puede degradar la BPA en más del 99%. Un estudio de Umar et al. (2010) informó que la BPA fue eliminada completamente en 5 minutos a pH 7 y la dosis de ozono de 3 mg/L.

Productos farmacéuticos y de atención personal

Una planta de tratamiento de aguas residuales a gran escala en Suiza (el proyecto Verbio) demostró que la ozonación redujo la concentración de 32 compuestos orgánicos traza, incluyendo muchos EDC, por un promedio de 80 % con una dosis de ozono de 0.4–0.6 g O3]/g de carbono orgánico disuelto (DOC).

Plaguicidas

El oxidation de la atrazina por el ozono es lento (valor constante ~6 M]−1]s]−1), pero la oxidación avanzada mediante O3

Eficacia comparativa: Ozonación vs. Otros procesos avanzados

Más allá de la osmosis, otras tecnologías, incluyendo el carbono activado granular (GAC), la nanofiltración (NF), la osmosis inversa (RO), y UV/H2O2]] se utilizan para la eliminación de EDC. Cada una tiene fortalezas y compensaciones.

Technology EDC Removal Efficiency Key Advantages Key Disadvantages
Ozonation 70–99% (varied by compound) No residual chemicals; in situ generation; effective against many EDCs Energy-intensive; bromate risk; byproducts may require post-treatment
GAC 60–95% (depends on bed life and compound) Simple operation; no chemical addition Sorption saturation; regeneration/disposal cost; less effective for hydrophilic compounds
RO/NF >90% for most EDCs High rejection; simultaneous removal of salts and pathogens Membrane fouling; high energy; brine disposal
UV/H2O2 80–99% (with appropriate dose) No bromate; effective for recalcitrant compounds Higher energy for UV lamps; H2O2 residuals need quench

La ozonación ofrece un equilibrio favorable de eficiencia y sencillez operativa para muchas utilidades, especialmente cuando se combina con la filtración biológica (por ejemplo, biofiltros) para eliminar subproductos de oxidación biodegradable. Sistemas híbridos como O3]/BAC (carbon activado biológico) están ganando tracción para eliminar ambos EDCs padres y sus productos de transformación.

Implementación práctica en el tratamiento de agua y aguas residuales

La integración de la ozonación en la infraestructura de tratamiento existente requiere una ingeniería cuidadosa. Los parámetros clave del diseño incluyen: dosis de ozono, tiempo de contacto, eficiencia de transferencia masiva y anclaje o eliminación de ozono residual antes de la desinfección. En el tratamiento del agua potable, la ozonación se coloca a menudo después de la filtración y antes de la desinfección final (cloro o cloramina).

Consideraciones de la energía y los costos

El ozono se genera normalmente en el sitio a partir del aire seco o oxígeno puro, que requiere 8–15 kWh por kg O3 producido. Para una planta que trata 10 millones de galones por día (MGD) a una dosis de ozono de 3 mg/L, el consumo de energía es aproximadamente de 150–250 kW, lo que se traduce en costos operacionales de $0.05–0.15 por cada 1.000 galones

Vigilancia y control de procesos

El monitoreo en tiempo real del ozono residual en la cámara de contacto y la medición del carbono orgánico disuelto (DOC) o la absorción UV a 254 nm (UV]254]) se utilizan para ajustar la dosis de ozono. Algunas instalaciones emplean sensores potenciales de oxidación en línea de reducción de hidrógeno (ORP). Para el control de bromados, manteniendo pH por debajo de 7, minimizando el bromuro en los límites de fuente de agua, y agregando aximonía

La Oficina Federal Suiza para el Medio Ambiente ha encomendado el tratamiento avanzado equivalente o la ozonificación de todas las principales plantas de tratamiento de aguas residuales que se despliegan en cuerpos de agua sensibles a partir de 2020.

Consideraciones de gestión y seguridad de subproductos

Mientras que la hoja de ozono degrada muchos EDCs, la formación de subproductos de desinfección (DBPs) requiere atención. Bromate es el DBP más regulado de la ozonación, pero también incluye varios aldehídos (formaldehído, glyoxal), brotones y ácidos orgánicos. Algunos aldehídos son cistolóxicos y genotóxicos.

Perspectivas futuras y direcciones de investigación

Como las regulaciones se ajustan alrededor de contaminantes orgánicos, se espera que la ozonación desempeñe un papel más amplio a nivel mundial. Los avances en la generación del ozono (por ejemplo, la descarga corona de alta frecuencia con mayor eficiencia) están disminuyendo los costos de energía. La oszonación de coacción con procesos basados en catalizadores (ozonación catalítica) o con oxidación electroquímica puede mejorar aún más la eliminación de los productos químicos al reducir los derivados.

Además, se está estudiando la adopción de la ozonación en los sistemas de tratamiento de aguas descentralizadas y los dispositivos de punto de uso para las comunidades que dependen de las aguas subterráneas con la contaminación conocida por los países en desarrollo. La investigación en las membranas tolerantes al ozono y los sistemas combinados de membrana del ozono también podría dar lugar a unidades de tratamiento compactas para aplicaciones municipales e industriales.

Conclusión

Los productos químicos que se disperen en ladocrina representan una amenaza compleja y generalizada para la calidad del agua y la salud pública. La ozonación ofrece una tecnología probada y robusta para reducir la concentración de una amplia gama de EDC, desde bisfenol A y ftalatos hasta hormonas farmacéuticas y pesticidas. Cuando los sistemas de oszonación estén diseñados y operados adecuadamente, pueden degradar a estos contaminantes con un daño residual mínimo, aunque la gestión cuidadosativa de los estándares de optimización del agua esenciales.

Para más lectura, las directrices de la Organización Mundial de la Salud para la calidad del agua potable] y el Programa de Endocritura endocrino proporcionan un fondo autorizado sobre marcos regulatorios y métodos de prueba.