Nombre del proyecto: Incidence of biofiltration processes on the removal of pharmaceutical and personal care products from domestic wastewater.
Investigadora a cargo: Dra. Cristina Villamar.
Departamento: Ingeniería en Obras Civiles (Laboratorio de Investigación Interdisciplinaria en Ciencias y Tecnología del Agua Ko-Yaku).
Tipo de proyecto: FONDECYT INICIACIÓN.
Resumen del proyecto:
Los productos farmacéuticos y de cuidado personal (PPCPs) provenientes de residuos líquidos domésticos están teniendo relevancia debido a su pseudo persistencia y potenciales problemas a la salud humana y riesgo al ambiente acuático. La biofiltración es el proceso más utilizado para tratar residuos líquidos domésticos rurales; sin embargo, su impacto en la eliminación de PPCP se ha evaluado solo en algunos procesos (p. ej., “humedales construidos”). Por tanto, no se han comparado tipologías de biofiltración ni se han estudiado nuevos procesos de biofiltración (biofiltración híbrida).
Así, el objetivo de esta propuesta de investigación es evaluar la incidencia de los procesos de biofiltración en la remoción de PPCPs de residuos líquidos domésticos. La metodología se estructuraría en 4 objetivos específicos relacionados con a) establecer la composición típica de los PPCP de residuos líquidos domésticos locales, b) determinar las condiciones óptimas de los procesos de biofiltración e c) identificar la función, y d) los mecanismos involucrados a nivel espacio-temporal con respecto a la remoción de PPCPs dentro de los procesos de biofiltración.
El cumplimiento del objetivo 1 podría llevarse a cabo a través de la caracterización fisicoquímica de los PPCP dentro de Plantas de Tratamiento de Residuos Líquidos Domésticos (PT-RLD) rurales locales a escala espacial y temporal. El objetivo 2 se llevaría a cabo mediante 3 tipos de ensayos: adsorción, compatibilidad e hidráulico. El ensayo de adsorción podría evaluar el tamaño óptimo del material (capa activa), utilizando concentraciones promedio reales de al menos 3 PPCPs (el más polar, el más lipofílico y el de mayor riesgo ambiental). Se podrán realizar ensayos de compatibilidad sobre materiales no inertes (orgánicos), donde se podrá determinar su concentración óptima respecto a efectos no observados sobre plantas y lombrices.
Finalmente, se realizarían ensayos hidráulicos para establecer las condiciones hidráulicas óptimas de los biofiltros, evaluando la conductividad hidráulica y el taponamiento a tasas hidráulicas de 0,5 a 3 m3/m2-día. Los objetivos 3 y 4 evaluarían la función y los mecanismos involucrados dentro del tratamiento de PPCP en biofiltros. Un modelo experimental basado en el seguimiento de 3 tipos de biofiltros híbridos (T0 = biofiltro, T1 = “vermifiltro”, T2 = “humedal artificial” y T3 = biofiltro híbrido) y cada uno con al menos 2 tipos de materiales (convencional/no convencional) podría ser estudiado. Cada biofiltro estaría compuesto por 3 capas (activa, de transición y de soporte), donde la capa activa podría ser de al menos un material convencional y no convencional de origen orgánico y/o inorgánico. Tanto la escala temporal como la espacial podrían ser consideradas dentro de este estudio.
El monitoreo espacial de los biofiltros podría llevarse a cabo mediante la determinación del contenido de PPCP (medios filtrantes, efluentes de residuos líquidos domésticos) dentro de cada capa. El seguimiento temporal será anual. Finalmente, se medirá el contenido de PPCP en plantas, lombrices de tierra, medios filtrantes y residuos líquidos domésticos. En el objetivo 1, el proyecto extendió su marco de acción monitoreando además contaminantes emergentes microbiológicos, incluyendo la detección e identificación de SARS-CoV-2, Norovirus G1 y G2 y Hepatitis A, apoyados por el Dr. Aldo Gaggero de la Universidad de Chile.
Los resultados esperados de la presente propuesta de investigación se describen de acuerdo con los objetivos mencionados. a) El objetivo 1 establecería preliminarmente la composición típica de los PPCPs residuos líquidos domésticos rurales locales, incluyendo carga viral incluyendo SARS-CoV-2. Además, el monitoreo dentro de las PT- RLDs locales determinaría si las PT-RLDs actuales tienen la función de eliminación de PPCPs, siendo también factible observar cómo se comportan en condiciones reales algunas tecnologías de biofiltración (por ejemplo, vermifiltros, humedales construidos) instaladas. El objetivo 2 delimitaría los criterios de desempeño óptimo de los procesos de biofiltración, lo que podría facilitar la comprensión del potencial de cada componente (biótico/abiótico) en la elimiación de PPCPs. Finalmente, los objetivos 3 y 4 identificarían la función de cada tipo de biofiltro respecto a la eliminación de PPCPs. Además, el estudio temporal y espacial de los mecanismos involucrados dentro de cada tipo de biofiltro, definiría el nivel de contribución de cada componente (biótico/abiótico) bajo sus diferentes variantes y esto abordaría un modelo cinético de completo respecto a la eliminación de PPCPs.
Durante el desarrollo de la presente propuesta de investigación se han venido generado publicaciones WOS, y actualmente ya se han publicado 7 artículos y al menos 4 más en revisión. Respecto a difusión, el proyecto que termina este año, realizará 2 actividades de difusión científica en la Universidad, uno con los integrantes del proyecto y otra invitando al profesor Carlos Arias de la Universidad de Aarhus.
Durante todo el proyecto, hemos asistido a 6 congresos nacionales e internacionales y a ferias científicas de Explora-ANID y la USACH. Hemos generado estrecha colaboración con el profesor Victor Guerrero de la Escuela Politécnica Nacional del Ecuador, Lisiane Santos de la Universidad Federal de Sergipe de Brasil y trabajado con otros investigadores de la USACH. Este proyecto ha sido desarrollado con el Laboratorio de Investigación Interdisciplinaria de Ciencias y Tecnología del Agua Ko-Yaku, del cual la investigadora responsable de este proyecto es integrante y que pertenece al Departamento de Ingeniería en Obras Civiles.