Tratamiento de aguas contaminadas por fenol mediante el proceso Fenton heterogéneo

La preocupación por el desarrollo para el tratamiento de aguas residuales industriales ha crecido notablemente en los últimos años. El fenol se ha constituido como el compuesto modelo para la evaluación de las propuestas de nuevos procesos de tratamiento. El proceso Fenton heterogéneo presenta las ventajas del proceso Fenton convencional u homogéneo, pero provoca una menor contaminación de los efluentes con el hierro utilizado como catalizador.

 

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

La depuración efectiva de las aguas residuales industriales se ha convertido en una preocupación creciente en las últimas décadas. La legislación de los países desarrollados, y cada vez más la de los países en vías de desarrollo, ha evolucionado para recoger esta preocupación llevando a regulaciones ambientales y estándares cada vez más restrictivos.

 

Los efluentes industriales contienen frecuentemente contaminantes tóxicos y resistentes a los tratamientos convencionales de aguas residuales, por lo que existe la necesidad de desarrollas tecnologías eficaces para la eliminación de contaminantes y el esfuerzo en investigación y desarrollo se ha redoblado. El fenol y los compuestos fenólicos constituyen materias primas o productos intermedios en numerosas industrias petroquímicas, químicas y farmacéuticas, y son así mismo productos de degradación oxidativa de hidrocarburos aromáticos de mayor peso molecular. Por este motivo el fenol es posiblemente el compuesto modelo más empleado para el desarrollo de nuevos procesos de depuración de aguas.

 

La oxidación de contaminantes en agua mediante oxidación húmeda (wet air oxidation, WAO) y mediante oxidación húmeda catalítica (catalytic wet air oxidation, CWAO) empleando aire y oxígeno puro es una de las tecnologías más estudiadas para la eliminación de fenoles. Permite eficacias de eliminación muy elevadas, aunque requiere del empleo de presiones y temperaturas altas (20–200 bar, 200–320ºC), lo que encarece el tratamiento. Una alternativa para reducir la severidad de las condiciones de reacción es la oxidación húmeda catalítica con peróxido de hidrógeno (catalytic wet peroxide oxidation, CWPO), la cual encuentra diversas variantes. De entre ellas el reactivo Fenton es una de las opciones más destacadas. En este proceso el peróxido de hidrógeno se descompone catalíticamente en presencia de ión ferroso produciendo radicales hidroxilo, los cuales tiene una gran capacidad de oxidación.

 

La aplicación del proceso Fenton al tratamiento de aguas residuales ha suscitado gran interés debido al bajo coste de las sales ferrosas, a su baja toxicidad y a que el peróxido de hidrógeno es sencillo de manejar y el exceso se descompone en productos inocuos. Asimismo, los requerimientos en equipo son bajos y las condiciones de reacción son suaves. Sin embargo, el proceso Fenton adolece de algunos inconvenientes tales como el alto consumo de peróxido de hidrógeno y la necesidad de eliminar el hierro añadido, lo que añade etapas adicionales al tratamiento e incrementa el coste.

 

Parte de los inconvenientes del proceso Fentón pueden evitarse mediante empleo de un catalizador heterogéneo (proceso Fenton heterogéneo). La fase activa está constituida por metales de transición, aunque habitualmente se trata de hierro, soportados sobre carbón activo, alúmina, sílice, tamices moleculares mesoporosos, zeolitas, arcillas pilareadas o resinas de intercambio iónico. Los mayores inconvenientes del proceso Fentón heterogéneo se derivan de la lixiviación de la fase activa cuando el pH del medio se reduce a valores en torno a 3, el cual es por cierto el valor óptimo de funcionamiento del proceso Fenton homogéneo. Los catalizadores soportados sobre carbón activo permiten llevar a cabo el tratamiento con una lixiviación limitada de la fase activa.

 

La Figura 1 muestra cómo un agua residual modelo con 100 mg/L de fenol puede ser tratada mediante un proceso Fenton heterogéneo basado en un catalizador de hierro soportado sobre carbón (Fe/AC) activa hasta la completa eliminación del contaminante de partida. A pesar de la desaparición del fenol contenido inicialmente, el agua no queda descontaminada por completo, puesto que tras el tratamiento persisten ciertos productos de degradación, fundamentalmente ácidos orgánicos cuya eliminación es compleja. La Figura 2 muestra la distribución típica de los ácidos orgánicos formados por tratamiento Fenton heterogéneo del fenol. Los productos formados en la oxidación son importantes a la hora de evaluar el proceso, ya que algunos de ellos, como son las quinonas, pueden tener mayor toxicidad incluso que el fenol de partida, aunque tal como muestra la Figura 3 los compuestos aromáticos pueden ser eliminados mediante la aplicación de un tiempo adecuado de tratamiento.

 

Figura 1. Tratamiento de un agua residual sintética con 100 mg/L de fenol mediante el empleo de agua oxigenada y un catalizador de hierro soportado sobre carbón activo.

 

Figura 2. Distribución típica de ácidos orgánicos en la oxidación de fenol mediante un proceso Fenton heterogéneo.

 

Figura 3. Distribución típica de productos aromáticos en la oxidación de fenol mediante un proceso Fenton heterogéneo

 

Referencias:

 

J.A. Zazo, J.A. Casas, A.F. Mohedano, J.J. Rodríguez. Applied Catalysis B: Environmental 65 (2006) 261.

J.A. Zazo, J.A. Casas, A.F. Mohedano, M.A. Gilarranz and J.J. Rodríguez. Environmental Science & Tecnology.  39 (2005), 9295.

A. Santos, P. Yustos, A. Quintanilla, S. Rodríguez, F. García-Ochoa, Appl. Catal. B Environ. 39 (2002) 97.

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Comentarios

Tengo un problema con un afluente que contiene 180 ppm de bisulfito, y tengo materia organica (probiene de un proceso de sulfitado de cerezas)

Cual es la mejor opcion de tabajo, cual seria en mejor soporte, para el hierro II,

Como preparar el catalizador

Saludos

lm

Por favor tengo Interes en probar el fenton heterogeneo en eliminar bisulfito de sodio probeniente del sulfitado de cerezas con una carga organica , como influye la temperatura en el proceso, como preparar el catalizador.

como ago para bajar un COD de alto ppm en aguas contaminadas

muy ineterseante me gustaria hacer la pruebas con el Fenton para eliminar Fenol de aguas resilduales pero

donde lo puedo conseguir

La aparicion de fenoles en concentraciones desde 1a 2mgpor litro en lixiviados de un vertedero de residuos ordinarioses ahora nuestra preocupación.

Es posible a traves del metodo fenton solo darle alfenol,cuandola carga organica dellixiviado ha bajado de 40000 a 1500 mg porlitro de DBO

Tengo un volumen constante de 2.5 millones de barriles/dia, con una concenracion de fenol de 0.25 ppm. El método fenton puede aplicar para este volumen?

señor nelson gonzalez :

generalmente es mas costoso disminuir la concentracion de fenoles

cuando se encuentra en umbrales de baja concentracion, para concentraciones como la que usted expresa recomendaria que realice la medicion del DQO y la relacione con el DBO para analizar la pertinencia de un tratamiento bioquimico.

las pseudomonas sp tienen un rango de actividad enzimatica sobre estos materiales y la concentracion expresada por usted no la inhibe.

tengo una duda.
puede ser que en los procesos Fenton, un exceso de peroxido de hidrogeno cause un descenso en el rendimiento del proceso? Si es asi, por que ocurre? Que reaccion quimica se da?

muchas gracias

El texto es muy interesante y realista. me gustaria saber que otras tecnicas exiten para la eliminacion de fenoles.

Se efectuó un derrame de fenol desde una rotura grave de un estanquea, a una cifra similar a mas de 2.500 tambores de doscientos litros a una ladera de un cañón submarino en el Puerto de San Antonio-Chile. ocurrido durante el terremoto del día 27 de febrero del 2010.
Causando la muerte masiva de diferentes tipos organizamos marinos.
es aplicable esta técnica u otra para el grave daño latente aun para el ecosistema.

Buena tarde

estoy interesada en un diseño para tratar 70 l/s de aguas residuales industriales con fenoles, me pueden colaborar o contactar con la persona indicada.

gracias

Contactar con arcadio.sotto@urjc.es
Saludos

necesito eliminar fenoles de 30-50 ppm

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