Tratamiento de aguas residuales de la industria vitivinícola mediante oxidación húmeda con peróxido de hidrógeno empleando catalizadores basados en materiales carbonosos

La problemática de los efluentes procedentes de la industria vitivinícola reside en su alto carácter estacional, que conduce a elevadas fluctuaciones, tanto en la cantidad, como en la calidad de los efluentes generados a lo largo del año, y en la presencia de compuestos recalcitrantes y no biodegradables (polifenoles), lo que dificulta en muchos casos, su tratamiento en un sistema biológico convencional. El tratamiento de estas aguas residuales mediante oxidación húmeda con peróxido de hidrógeno en presencia de un catalizador de grafito con contenido en hierro, ha demostrado ser una solución efectiva, ya que consigue una rápida eliminación de polifenoles, generando efluentes carentes de toxicidad. Mediante este proceso se alcanzan elevados grados de oxidación y mineralización de la materia orgánica a tiempos cortos de reacción.

[Grupo Ingeniería Química. UAM]

Con el fin de estudiar la versatilidad y aplicación de los materiales carbonosos en los tratamientos de oxidación húmeda con peróxido de hidrógeno, se ha trabajado con un agua residual industrial procedente de la industria vitivinícola. La problemática particular de este tipo de aguas residuales reside en su alto carácter estacional, que conduce a elevadas fluctuaciones, tanto en la cantidad, como en la calidad de los efluentes generados a lo largo del año, y en la presencia de compuestos recalcitrantes y no biodegradables (polifenoles), lo que dificulta en muchos casos, su tratamiento en un sistema biológico convencional. Las aguas residuales que se emplearon en este estudio se caracterizaron por su elevada carga orgánica, DQO = 35 g/L y COT = 11 g/L, color marrón y olor desagradable. Tras el empleo de varias técnicas analíticas (HPLC- UV, IC, GC-MS, colorimetría), tan sólo pudo identificarse el 43% de su contenido en materia orgánica. Ésta se correspondió en su mayor parte con ácidos orgánicos (principalmente ácido acético, glicólico y malónico), polifenoles y trazas de algunos compuestos alcohólicos.

Los resultados obtenidos indicaron que el tratamiento de aguas vitivinícolas mediante procesos de oxidación húmeda con peróxido de hidrógeno (CWPO) en presencia de un material grafítico, con trazas de hierro en su estructura, podría ser una solución interesante, siempre y cuando permitiera asimilar importantes fluctuaciones de carga orgánica, típicas en este tipo de aguas residuales, de modo que la misma unidad de oxidación pudiera ser empleada para el tratamiento de cualquier efluente generado durante el año, ajustando únicamente la dosis de peróxido de hidrógeno. Para estudiar este efecto se varió la concentración inicial de materia orgánica en un amplio intervalo (de 3,5 a 35 g/L DQO, empleando la cantidad estequiométrica de peróxido de hidrógeno para cada caso, a T=100 ºC, pH=3,8, P=0,7 MPa y Ccat=5 g/L), y se observó que esta modificación no afectaba al rendimiento del proceso, obteniéndose idénticos perfiles de conversión de DQO para todos los casos estudiados. Este aspecto supone una importante ventaja desde el punto de vista operacional, en comparación con los procesos de oxidación biológica, en los que habría que adaptar los microorganismos a las necesidades puntuales, o incorporar un tan-que de acumulación y homogeneización previo al tratamiento, de modo que la concentración de materia orgánica que se introdujera al reactor biológico se mantuviera siempre en unos niveles concretos.

Por último, se llevó a cabo un estudio de la influencia de las condiciones de operación del proceso, con el fin de minimizar el consumo de peróxido de hidrógeno, asegurando la obtención de efluentes no ecotoxicos y potencialmente biodegradables. Así, se estudió el efecto de la temperatura de reacción (80–125 ºC), el pH inicial (2,2-7), la concentración de peróxido de hidrógeno (0–160%) y el modo de dosificar dicha especie (en una única dosis al inicio de la reacción o repartida en varias dosis). Los mejores resultados, XDQO,COT=80%, Xpolifenoles=100%, ηH2O2=85%, eliminación total del color y el olor, y efluentes carentes de ecotoxicidad, se obtuvieron trabajando a 125 ºC, pH bruto de las aguas (3,8) y empleando la cantidad estequiométrica de peróxido de hidrógeno adicionada en varias etapas, en un tiempo de reacción de 4 h. El hecho de no alcanzar conversiones de DQO superiores al 80%, bajo ninguna de las condiciones de operación empleadas, es debido a la existencia de una fracción orgánica refractaria a la oxidación, constituida principalmente por ácido acético, cuya oxidación implicaría operar a temperaturas muy superiores a las aquí empleadas. Por lo tanto, se puede concluir que el empleo de materiales carbonosos con bajo desarrollo superficial, como algunos negros de humo, y grafitos con contenido en hierro, son catalizadores adecuados para procesos CWPO. Aunque presentan menores actividades que las sales de hierro empleadas en el proceso Fenton, son ventajosos, ya que pueden dar solución a muchos de los problemas asociados a dicho trata-miento, como reutilizar el catalizador, no generar lodos de hidróxido de hierro, maximizar la eficiencia en el consumo de peróxido de hidrógeno y poder operar en un mayor intervalo de pH. Resulta complicado generalizar sobre su actividad y estabilidad, ya que ambas dependen en gran medida del efluente a tratar, por lo que se requiere de estudios específicos en función de la naturaleza del agua residual que permitan encontrar las condiciones óptimas de trabajo para cada carbón.

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