¿Cómo mejorar la eficacia de procesos de oxidación avanzada en la depuración de aguas residuales?

La intensificación del proceso de oxidación Fenton para la degradación de contaminantes en aguas residuales es una alternativa muy atractiva para mejorar la eficacia del tratamiento en instalaciones más seguras y compactas.

[Grupo de Ingeniería Química y Ambiental (GIQA)

Universidad Rey Juan Carlos]

 

Los grandes avances realizados en la búsqueda de una mayor eficiencia y productividad de los procesos químicos, puede aplicarse a las tecnologías empleadas para el tratamiento de efluentes industriales. Especialmente relevantes son los tratamientos químicos con agentes oxidantes (ozono, peróxido de hidrógeno o aire) que transforman los contaminantes orgánicos en compuestos inocuos, dióxido de carbono y agua, mediante un proceso de oxidación. También resultan interesantes tecnologías catalíticas con aporte energético en forma de calor o radiación UV-Vis (procesos Fenton y fotocatálisis). Todos estos procesos denominados de oxidación avanzada se basan en la generación de unos radicales hidroxilos que tienen un elevado potencial oxidante para la oxidación de los contaminantes orgánicos disueltos en el agua. Para la aplicación real, la tecnología elegida está en función de la naturaleza del agua residual y debe armonizar la economía del proceso (capital inmovilizado, costes de operación y el “know how” de la tecnología) con el compromiso de alcanzar una efectividad que garantice una descarga segura del efluente.

 

Un método de tratamiento químico que ha recibido gran atención es el proceso de oxidación avanzada conocido como proceso Fenton. Su versión comercial, proceso de oxidación húmeda con peróxido -OHP- (Foret FMC, S.A. http://www.fmcforet.com/) utiliza una combinación de peróxido de hidrógeno y sulfato ferrroso (reactivo Fenton) en un autoclave tipo tanque agitado a presión atmosférica y temperaturas entre 25-100ºC. Este tipo de proceso en condiciones ácidas garantiza habitualmente una elevada degradación de la carga orgánica contaminante, consiguiendo un efluente con una menor toxicidad para un posterior tratamiento biológico o directamente un efluente con sustancias inocuas que puede ser descargado de forma segura a colectores de la red de saneamiento de los polígonos industriales.

 

La efectividad y economía del proceso Fenton dependen crucialmente de las concentraciones del reactivo Fenton y del control de la temperatura de operación. La concentración y composición inicial de la carga orgánica que puede oxidarse en contraste con los requisitos para la descarga del efluente, determinarán la duración y consumos (catalizador + peróxido de hidrógeno) para cada lote. Al mismo tiempo es necesario destacar el coste adicional que supone la etapa separación y recogida de las sales de hierro empleadas como catalizador en forma de lodos que requieren un tratamiento posterior (ver Figura 1).

 

 

 

Figura 1 Esquema general del proceso de oxidación Fenton homogéneo

(Imagen tomada del trabajo publicado por Gogate y Pandit., 2004)

 

 

La efectividad del proceso Fenton puede ser mejorada mediante la intensificación del proceso. Una alternativa en línea a este concepto de intensificación de procesos químicos – proceso intrínsecamente seguro, con menor consumo energético, menor coste de capital, mayor automatización y un sensible incremento de la eficacia del proceso – se plantea en torno al uso de un catalizador heterogéneo de hierro que pueda alojarse en un reactor catalítico de lecho fijo de menor tamaño. Este tipo de catalizadores heterogéneos simplifican también las instalaciones de tratamiento convencionales al no ser necesarias las etapas de neutralización y floculación de los sistemas homogéneos para la recuperación de las sales de hierro disueltas. Además, la concepción de un proceso Fenton intensificado busca la integración de un reactor de lecho fijo de dimensiones reducidas con un tanque agitado que hace de tanque pulmón y constituye un lazo interno de reciclo desacoplado de las variaciones de la carga y descarga de la corriente a tratar como se muestra en la Figura 2.

  

 

   

Figura 2 Esquema general de la intensificación de un proceso de oxidación Fenton

(F.Martínez y col, 2008)

 

 

Esta configuración parece una prometedora vía de intensificación del proceso Fenton para por una parte hacer frente a las frecuentes variaciones de caudal, concentración y composición de un agua residual, y por otra poder mejorar la eficacia del proceso gracias a la posibilidad de alcanzar una mayor integración energética trabajando a temperaturas entre 25 y 120 °C en un reactor de lecho fijo con un catalizador heterogéneo de óxido de hierro soportado sobre sílice; y todo ello en un diseño de instalación más reducido y compacto.

 

Bibliografía

 

Gogate P.R., Pandit A.B. “A review of imperative technologies for wastewater treatment I: oxidation technologies at ambient conditions” Adv. Environ. Res. 8, 501-551 (2004).

 

Martínez, F., Pariente, M. I., Melero, J. A., Botas, J. A. “Catalytic wet peroxide oxidation process for the continuous treatment of pulluted effluents on a pilot plant scale” J. Adv. Oxid. Technol. 11(1) 65-74 (2008).

 

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