Los ingenieros de las plantas de reciclaje de aguas residuales pueden estar tranquilos sabiendo que sus métodos para minimizar la formación de un carcinógeno potente están dirigidos al compuesto químico correcto.
Profesor asistente de la USC Viterbi Daniel McCurry, La estudiante de pregrado Meredith Huang y la estudiante de maestría Shiyang Huang han confirmado la sustancia química responsable de la formación del carcinógeno N-nitrosodimetialmina, o NDMA, en aguas residuales recicladas. Comenzaron su estudio después de que surgieran hallazgos contradictorios en la comunidad de investigación ambiental. provocando dudas en la adopción de métodos de intervención NDMA en las instalaciones de tratamiento. Su trabajo fue publicado en Cartas de ciencia y tecnología ambientales como el estudio de portada de marzo.
"La reciente sequía en California y la subsiguiente vulnerabilidad al agua ha aumentado el interés en el reciclaje del agua, "dijo Meredith Huang, el primer autor del estudio. "Sin embargo, subproductos de desinfección como NDMA, formado en el proceso de tratamiento de aguas residuales, son perjudiciales para los seres humanos e introducen algunos problemas cuando el objetivo es el re-consumo ".
A finales de los 90, Se encontraron altas concentraciones de NDMA en lo que de otro modo eran aguas residuales recicladas extremadamente limpias. que en la mayoría de los estados se vierte en ríos que se utilizan como fuentes de agua potable. Este descubrimiento desencadenó un esfuerzo de investigación de varios años por parte de varios laboratorios para averiguar cómo se estaba formando el compuesto químico dañino.
"La concentración de NDMA que nos preocupa es muy, muy bajo, "dijo McCurry, que trabaja en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de Sonny Astani. "A diferencia de muchos contaminantes orgánicos en el agua potable, donde el límite reglamentario puede estar en el rango de microgramos por litro, para NDMA, la directriz reguladora en muchos lugares varía de 10 nanogramos por litro a 100 nanogramos por litro. Entonces, de tres a cuatro órdenes de magnitud más baja en concentración porque es simplemente un carcinógeno superpotente ".
La mayoría de las aguas residuales recicladas que se utilizarán como agua potable a través de un proceso conocido como reutilización potable, primero entra al suelo antes de ir a una planta de agua potable. El suelo actúa como filtro, eliminando productos químicos y degradando compuestos nocivos como NDMA. Pero el alto costo de bombear agua dentro y fuera del suelo ha llevado a un mayor interés en la reutilización potable directa. donde las aguas residuales recicladas van directamente a una planta de agua potable.
"La NDMA es uno de los principales obstáculos para la reutilización potable directa porque es realmente difícil deshacerse de los procesos de tratamiento tradicionales completos, McCurry dijo. En cambio, es más fácil y más asequible reducir las concentraciones de NDMA al eliminar las moléculas responsables de su formación.
Originalmente, Los investigadores encontraron que NDMA es el resultado de la etapa de cloración del proceso de tratamiento de aguas residuales recicladas. Específicamente, dicloramina, un componente menor de la mezcla de cloro, provoca la formación de NDMA. Estos hallazgos llevaron a las plantas de tratamiento a comenzar a manipular la química del cloro para reducir las concentraciones de dicloramina y, por último, reducir la formación de NDMA.
Sin embargo, Los investigadores aún no estaban seguros de con qué reaccionaba la dicloramina para formar NDMA hasta hace cinco años, cuando investigadores en Toronto descubrieron que ciertos productos farmacéuticos, como el antiácido Zantac, puede formar NDMA cuando se clora en condiciones similares a las de las aguas residuales. Después, otros investigadores comenzaron a investigar el mecanismo de formación a partir de sustancias químicas similares a Zantac.
"Decidieron que era la monocloramina la responsable, en contraste con varios estudios prácticos que muestran que minimizar la dicloramina en aguas residuales recicladas reales minimiza la formación de NDMA, "Dijo McCurry." Llegaron a la conclusión equivocada porque la monocloramina y la dicloramina son interconvertibles. Entonces, experimentalmente, es bastante difícil separarlos ".
Teniendo esto en cuenta, McCurry y su equipo diseñaron cuidadosamente su experimento para evitar conversiones entre las dos moléculas usando dosis mucho más bajas. Luego, mediante la aplicación sistemática de una serie de dosis de monocloramina y dicloramina a los precursores farmacéuticos, pudieron determinar qué molécula era la causa principal de la formación de NDMA.
Los resultados
Para verificar su enfoque, primero usaron una molécula precursora con una reacción conocida, dimetilamina, y comparó sus resultados experimentales con los de un programa de modelado por computadora antes de probar los otros cuatro precursores. El modelo, que no incluye una reacción de monocloramina y dimetilamina a NDMA, coincidió con sus resultados experimentales y demostró que la formación de NDMA a partir de monocloramina no existe o no es importante.
"Nuestro artículo mostró que la dicloramina es responsable de la formación de NDMA a partir de estos precursores de origen farmacéutico. Y pudimos ver que se obtiene más y más NDMA a medida que aumenta la monocloramina, pero eso es solo porque la monocloramina va a la dicloramina, McCurry dijo. nuestros resultados del trabajo de química fundamental respaldan la observación práctica de que minimizar la dicloramina minimiza la formación de NDMA ".
Si bien su estudio confirma la identidad del compuesto responsable de la formación de NDMA y alienta a las plantas de tratamiento a continuar implementando métodos de intervención, su trabajo está lejos de estar completo. Shiyang Huang está trabajando actualmente en un modelo que mostrará en detalle el mecanismo completo de formación de NDMA.
"Nuestros resultados se basan en experimentos de rendimiento de NDMA que solo consideran los productos finales de las reacciones. Aún no se ha descubierto la ruta exacta de los precursores a la NDMA, ", Dijo Shiyang Huang." Comprender el mecanismo completo nos daría más información para explicar qué factor - pH, temperatura, otros productos químicos - afectarían la formación de NDMA en la práctica ".
