Tratamiento con hidrógeno de las aguas contaminadas por organoclorados: hidrodecloración

Los problemas emergentes de contaminación de aguas hacen necesario el desarrollo de nuevas tecnologías de tratamiento que den respuestas a las nuevas necesidades. La contaminación de aguas por compuestos orgánicos clorados es un problema que  causa creciente preocupación y que encuentra solución mediante el tratamiento con hidrógeno en presencia de un catalizador. El coste del hidrógeno y de los catalizadores es uno de los inconvenientes del sistema, pero los esfuerzos que se están realizando en el sector de la energía reducirán sin duda el coste del hidrógeno y mejorarán los sistemas de almacenamiento y distribución, dando una clara oportunidad a la hidrodecloración.

[Grupo de Procesos y Sistemas de Ingeniería Ambiental,
Universidad Autónoma de Madrid]

Los contaminantes presentes en el medio acuático son el reflejo de las sustancias químicas empleadas en procesos industriales y en la formulación de productos comerciales. Así, existe una larga tradición en el empleo de compuestos orgánicos clorados debido a sus propiedades físicas y químicas, que les dan aplicaciones como disolventes, líquidos hidráulicos, refrigerantes, fitosanitarios, preservadores de madera, limpiadores, etc. En otras ocasiones los compuestos organoclorados aparecen en forma de subproducto en procesos químicos en los que intervienen el cloro o sus derivados, como es el caso del blanqueo de pasta de papel.

La preocupación por la presencia de compuestos organoclorados en el medio acuático se deriva de los efectos nocivos de estas sustancias sobre el medio ambiente y sobre los organismos. Ante esta situación la Unión Europea ha ido desarrollando directivas fijando los contaminantes de las aguas que deben recibir especial atención por su toxicidad, persistencia y bioacumulación; en dichas directivas los compuestos organohalogenados ocupan un lugar destacado. En las sucesivas evoluciones de las directivas se han ido restringiendo los límites de emisión y para determinadas sustancias, denominadas prioritarias se establece una progresiva reducción de los vertidos hasta alcanzar su eliminación total. Entre estas sustancias prioritarias figuran numerosos compuestos organoclorados como el alacloro, cloro y policloroalcanos, clorobencenos, clorofenoles, etc.

La eliminación de los compuestos orgánicos clorados de las aguas residuales no es un asunto sencillo. Los compuestos orgánicos clorados son tóxicos e inhiben la actividad de los microorganismos empleados en los tratamientos biológicos convencionales, lo que dificulta no solo la eliminación de los organoclorados, sino también la del resto de la materia orgánica. Por otra parte, el empleo de métodos oxidativos entraña el riesgo de formación de dioxinas.

La hidrodecloración es una tecnología con un interesante potencial para el tratamiento de aguas contaminadas con organoclorados, ya que es específica para la destrucción de dichos compuestos. La hidrodecloración consiste en la rotura de enlaces carbono-cloro en moléculas orgánicas mediante la intervención de una fuente de hidrógeno. Como consecuencia de esta reacción se consigue la eliminación de cloro de moléculas orgánicas. El caso más común es la eliminación de cloro, pero la tecnología también es válida para otros halógenos. La hidrodecloración no tiene por objetivo la destrucción de las moléculas orgánicas resolviendo por completo el problema de contaminación, sino la transformación de los organoclorados en otras moléculas más fáciles de tratar. Un ejemplo es el tratamiento de aguas contaminadas por 2-clorofenol. El 2-clorofenol es una molécula con una alta ecotoxicidad, lo que determina que sea muy difícil de tratar en sistemas biológicos convencionales. Solamente microorganismos especialmente adaptados y mantenidos en equipos con unas características determinadas tienen capacidad para eliminarlo. Mediante la hidrodecloración el 2-clorofenol puede ser convertido en fenol, que tiene una toxicidad diez veces menor. El fenol también es difícil de degradar, pero la degradación se puede conseguir con mucha mayor facilidad que en el caso del 2-clorofenol. Pero además ocurre que en las condiciones en las que se lleva a cabo la hidrodecloración las moléculas orgánicas pueden incorporar también hidrógeno en insaturaciones y en grupos funcionales, por lo que el fenol puede derivar hasta cilohexanona y ciclohexanol, una molécula menos tóxica y que además es más biodegradable al haber perdido el carácter aromático.

El reactivo más habitual para llevar a cabo la hidrodecloración de aguas contaminadas en el hidrógeno molecular, ya que no aporta nuevos contaminantes al agua. La rotura de los enlaces carbono-hidrógeno en presencia de hidrógeno molecular no es sencilla, por lo que la reacción debe realizarse en presencia de un catalizador. Los catalizadores empleados son muy diversos. Generalmente están basados en metales nobles (platino, paladio, rodio, etc.) soportados sobre carbón activo, sílice o alúmina, aunque los que presentan unos mejores resultados en el tratamiento de aguas suelen ser los de paladio sobre carbón activo.

Uno de los mayores inconvenientes de la hidrodecloración está en los costes asociados al catalizador y al hidrógeno. En el caso de los catalizadores se han producido avances considerables que permiten disponer de catalizadores con una considerable vida útil. Por lo que se refiere al hidrógeno, los esfuerzos que se están realizando en el sector de la energía reducirán sin duda el coste del hidrógeno y mejorarán los sistemas de almacenamiento y distribución, dando una clara oportunidad a la hidrodecloración.