Remediación fotocatalítica de aguas residuales simuladas contaminadas con tetraciclina

Photocatalytic Remediation of Simulated Wastewater Contaminated with Tetracycline

La tetraciclina (TC) es un antibiótico ampliamente utilizado en medicina humana y veterinaria. A causa de esto y de que su absorción es muy pobre en seres humanos y en animales, se excreta parcialmente en el medio ambiente, lo que está causando una creciente problemática. Con la finalidad de presentar una solución, se planteó el estudio de la cinética por medio de un procedimiento de fotocatálisis heterogénea a escala laboratorio, en el cual se prepararon tres soluciones de TC con diferentes concentraciones (30, 40 y 50 ppm). El proceso fotocatalítico constó del uso del dióxido de titanio como fotocatalizador a una concentración de 80 ppm, un pH de 4,5, una lámpara UV-VIS de 60 W y un tiempo de irradiación de 40 mins. De la reacción se halló que la cinética es de orden 1, por lo que la solución de 30 ppm mostró mejores resultados en cuanto a la degradación representada por la disminución del carbono orgánico total y por espectrofotometría UV-VIS.

Introducción

La tetraciclina es un antibiótico comúnmente utilizado en cuadros infecciosos de humanos y de animales. En este último grupo, quizás en los porcinos, se aplica con mayor frecuencia [1], [2]. Los mecanismos de asimilación de este fármaco en los mamíferos conducen a que solo un   40 % se utilice para la inactivación bacteriana y la cantidad restante se desecha por vía urinaria y defecación [3]. En hallazgos relacionados con el uso excesivo de este fármaco, este se ha encontrado en aguas residuales y tejido animal [4]. Los principales responsables de desechos con altos contenidos de antibióticos y otros fármacos en el medio ambiente son las industrias farmacéuticas [2], los efluentes de agua residual municipal, la agricultura intensiva, los residuos de excreción humana, la lixiviación y la escorrentía de tierras agrícolas fertilizadas con estiércol animal y nutrición en acuicultura [3]. Estas descargas afectan la salud humana, en razón a que la familia de las tetraciclinas son fármacos difíciles de degradar mediante tratamientos biológicos de aguas residuales convencionales (filtración aireada, reactores biológicos, sedimentación, etc.).

Se ha establecido que su acumulación excesiva produce artropatía, nefropatía, alteraciones del sistema nervioso central, anomalías en espermatogénesis, mutaciones y fotosensibilidad en seres humanos [1], [3]; así mismo, en microorganismos que entran en contacto con los antibióticos, generan alta resistencia hacia ellos [5]-[8]. Por lo anterior, esta acumulación de la tetraciclina es una amenaza a la salud pública, toda vez que por el ciclo biológico estos microorganismos pueden ser huéspedes de mamíferos, aves y omnívoros, que serán fuente de alimento de los seres humanos [9]-[12]. Así, en 2017, la Organización Mundial de la Salud alertó sobre la reaparición de la influenza y la tuberculosis, luego de revelar estudios en los cuales se registraron altos niveles de resistencia de estas cepas, e instó a presentar soluciones para controlar los contaminantes emergentes en efluentes [13].

Por la complejidad y estabilidad de la tetraciclina, es necesario emplear tecnologías alternativas, como la degradación por ozonización, la degradación fotocatalítica [14] o procesos de fotocatálisis heterogénea, que reducen u oxidan los compuestos adsorbidos en la superficie del catalizador [15].

Uno de los compuestos más usados en la degradación fotocatalítica de algunos antibióticos es el dióxido de titanio (TiO₂), debido a que es un compuesto comercial y eficiente como fotocatalizador, al ser sometido a luz ultravioleta.