ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTES ORGÁNICOS EN AGUAS RESIDUALES MEDIANTE MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS CON CATALIZADORES HETEROGÉNEOS
Investigadores del Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la URJC en colaboración con la Universidad Técnica de Dinamarca han demostrado que la presencia de partículas sólidas de perovskita, un óxido metálico con cobre, manganeso y lantano, en un sistema electroquímico de tratamiento de contaminantes orgánicos en agua, permite incrementar la eficiencia del sistema en un amplio rango de pH del agua residual, con una baja intensidad de corriente y voltaje aplicado, lo que conlleva a un menor coste eléctrico, y manteniendo una elevada estabilidad de las partículas sólidas, que pueden reutilizarse sin pérdida de actividad aparente. Los resultados más relevantes obtenidos de esta investigación son un claro avance respecto al gran desafío que supone proponer un sistema electroquímico donde se trabaje con un catalizador heterogéneo activo sea cual sea el pH natural del agua tratada, y fácilmente recuperable y reutilizable.
Grupo de Ingeniería Química y Ambiental – URJC
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EL LABORATORIO DE ANÁLISIS DE AGUAS (LAGUA) RENUEVA SU ACREDITACIÓN POR LA NORMA UNE-EN ISO/IEC 17025
El laboratorio de Análisis de Aguas (LAGUA) pertenece al Departamento de Tecnología Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos. Además de dar soporte a los grupos de investigación de la Universidad Rey Juan Carlos, el laboratorio forma parte de la Red Madrileña de Tratamientos Avanzados para Aguas Residuales con Contaminantes no Biodegradables (REMTAVARES), que proporciona asistencia a los grupos de investigación de las diferentes universidades madrileñas que forman el consorcio. El LAGUA tiene implementado un Sistema de Gestión de la Calidad basado en la norma UNE-EN ISO/IEC 17025. Con el fin de garantizar la calidad de los resultados proporcionados por el laboratorio, los sistemas de gestión y los procedimientos de análisis son auditados periódicamente. En particular, algunos de los ensayos realizados sobre aguas regeneradas (huevos de nematodos intestinales, sólidos en suspensión, turbidez) se encuentran acreditados por la Entidad Nacional de Acreditación de la Calidad (ENAC) con la referencia 1343/LE2501.
Laboratorio de Análisis de Aguas LAGUA – URJC
Tratamiento de taladrinas mediante oxidación húmeda con peróxido de hidrógeno asistida por microondas.
Las taladrinas son emulsiones de aceite en agua empleadas en el corte y moldeado de metales. Sirven como refrigerantes y lubricantes, alargando la vida útil de los equipos y previniendo la corrosión de las piezas. Los efluentes resultantes tienen una alta carga orgánica y baja biodegradabilidad, por lo que no pueden ser tratados en una EDAR convencional. Además, estas emulsiones están especialmente diseñadas para resistir altas temperaturas, con lo que su desestabilización y correcto tratamiento supone un reto.
Investigadores del Dpto. de Ingeniería Química de la Universidad Autónoma de Madrid han conseguido el tratamiento de taladrinas (0.5%w.) empleando procesos de oxidación catalítica asistidos por microondas. La utilización de microondas junto a catalizadores carbonosos (grafito) permite la generación de puntos calientes en su superficie. Éstos aumentan la eficiencia global del proceso, consiguiendo la ruptura de la emulsión en tan solo 10 min. Además, los efluentes del proceso están compuestos mayormente por ácidos carboxílicos de cadena corta, siendo biodegradables.
Departamento Ingeniería Química. UAM
Las taladrinas son emulsiones de aceite (0.5-5%w.) en agua (95-99.5%w.) empleadas en los procesos de corte y moldeado de metales. Entre sus propiedades, además de ser refrigerantes y lubricantes, ayudan en la eliminación de residuos (polvo, virutas metálicas) y son fungicidas y bactericidas. La composición exacta de las taladrinas es desconocida, ya que cada fabricante cuenta con una combinación diferente, protegida por secreto industrial. Normalmente cuentan con un aceite mineral, lo que confiere una alta carga orgánica (COT: 1-10 g/L); surfactantes, capaces de formar emulsiones muy estables aún a alta temperatura; fungicidas y bactericidas, que hacen que los efluentes resultantes no sean biodegradables (DBO5/DQO:0.13).
Los procesos de oxidación avanzada (POA) han sido ampliamente estudiados para el tratamiento de efluentes industriales de carga moderada-alta. Se basan en la generación de radicales de alto poder oxidante y baja selectividad, como los hidroxilo (HO•) e hidroperóxido (HOO•), capaces de degradar la materia orgánica. En los últimos años, la intensificación de estos procesos ha permitido aumentar la actividad catalítica de materiales de bajo coste, como los materiales carbonosos, aumentando asimismo la eficiencia de estas tecnologías. La radiación microondas es un método de intensificación muy interesante, ya que permite obtener un calentamiento del medio más homogéneo y, en combinación con materiales absorbedores de microondas, como los materiales carbonosos, se forman puntos calientes sobre su superficie. Estos puntos calientes son regiones de microplasma que pueden alcanzar hasta 1200ºC y que favorecen la generación de radicales y la eliminación de la materia orgánica1.
De esta forma, se ha logrado la degradación de taladrinas utilizando la oxidación húmeda catalítica con peróxido de hidrógeno asistida por microondas (MW-CWPO), empleando grafito como catalizador. En las condiciones óptimas: pH0: 9, grafito: 10 g/L, 15.7 g/L H2O2, empleando pulsos de microondas de 800 W, se ha logrado una completa demulsificación en tan solo 10 min, como se muestra en la Figura 1. Además, el efluente final. El mecanismo de degradación combina en primer lugar una adsorción asistida por el H2O2 sobre la superficie del catalizador y su posterior oxidación, inducida por la generación de puntos calientes. El proceso consigue una reducción del 82% de la materia orgánica, medida como Carbono Orgánico Total. El efluente, además de estar completamente clarificado, contiene mayormente ácidos acético, fórmico y malónico; siendo biodegradable (DBO5/DQO:0.93).
Los resultados de esta investigación han sido recientemente publicados en Separation and Purification Technology2.
Figura 1: Evolución de taladrina (0.5%w) en MW-CWPO.
Referencias:
1. A. L. Garcia-Costa, J. A. Zazo, J. J. Rodriguez, J. A. Casas. Intensification of catalytic wet peroxide oxidation with microwave radiation: Activity and stability of carbon materials. Separation and Purification Tecnology 209 (2019) pp. 301-306.
2. A. L. Garcia-Costa, Á. Luengo, J. A. Zazo, J. A. Casas. Cutting oil-water emulsion wastewater treatment by microwave assisted catalytic wet peroxide oxidation. Separation and Purification Technology, 257 (2021) 117940.
Procesos de electro-oxidación para la eliminación de ácido perfluoroctanoico (PFOA) en agua.
El ácido perfluoroctanoico (PFOA) está presente en nuestras vidas desde los años 1940. Este compuesto, presente en muchos objetos cotidianos como el recubrimiento de sartenes, polímeros (teflón) o espumas antincendios, supone ahora un grave problema medioambiental. La alta estabilidad de esta molécula, conferida por la alta fortaleza del enlace C-F, hace que sea muy difícil de eliminar mediante los tratamientos biológicos convencionales presentes en las EDAR.
Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid, en colaboración con el Laboratoire de Génie Chimique de la Université Toulouse III – Paul Sabatier, han utilizado la electro-oxidación como alternativa para la degradación de 100 mg/L de PFOA utilizando diamante dopado con boro (BDD) como ánodo y estudiando la influencia del cátodo sobre el proceso. Las reacciones de reducción que se dan sobre el cátodo son clave en la eliminación del PFOA. Así, empleando Pt como cátodo, es posible eliminar completamente el PFOA, con porcentajes de defluoración y mineralización del 58,6 % y 76%, respectivamente, al pH natural (pH:4) de la disolución inicial.
Departamento Ingeniería Química. UAM
El empleo de materiales carbonosos obtenidos a partir de lignina como mejora en la eliminación de contaminantes con efectos de disrupción endocrina.
El bisfenol A (BPA), compuesto catalogado como disruptor endocrino, ha suscitado una gran atención entre la comunidad científica en los últimos años debido a su efecto sobre la función reproductiva, además de provocar hipertensión y enfermedades cardiovasculares. Por ello, la eliminación de este compuesto de las aguas es un problema de carácter prioritario. Se han estudiado diferentes métodos para su eliminación, como la nano/ultrafiltración, procesos de oxidación avanzada o la adsorción. Entre ellos, destacan los procesos de adsorción debido a su simplicidad, alta eficiencia, bajos costes de operación y la ausencia de generación de subproductos. Los resultados del tratamiento de eliminación de BPA mediante adsorción se han realizado empleando tres adsorbentes carbonosos que presentan diferente estructura porosa. Así, se ha trabajado con un carbón activado comercial (F400), un carbón activado sintetizado a partir de lignina Kraft mediante impregnación con H3PO4 (KLP) y un xerogel obtenido mediante reacción de policondensación de resorcinol-formaldehído (RFX). Además, se ha estudiado la influencia de la matriz acuosa sobre el proceso de adsorción empleando diferentes matrices medioambientalmente relevantes, como un efluente hospitalario, agua de río y un efluente procedente de una planta de tratamiento de aguas residuales (EDAR).
Silvia Álvarez Torrellas-Grupo Universidad Complutense de Madrid
Biosensores cianobacterianos, una solución de futuro para la monitorización ‘in situ’ de la calidad de las aguas
La contaminación del agua es un problema mundial que requiere la implementación de soluciones para la caracterización y el tratamiento. Pero para decidir la mejor solución, primero hay que identificar la magnitud del problema. En este contexto, desde hace décadas, los técnicos utilizan como herramientas el análisis químico y los bioensayos de toxicidad. En el caso del medio acuático se emplean organismos relevantes como las cianobacterias, que responden a la pregunta: ¿la muestra es tóxica?. Una evolución de estos bioensayos de toxicidad es el uso de biosensores. Entre ellos, las cepas basadas en cianobacterias tienen especial relevancia debido a su papel como productores primarios en la cadena trófica. A pesar de ser una herramienta muy útil en el campo de la ecotoxicología, son muy escasos los biosensores cianobacterianos construidos hasta la fecha. En este artículo se comentan brevemente las cepas biorreporteras construidas, así como las mejoras necesarias para su uso in situ.
Jara Hurtado-Gallego. Ingeniería Química. Universidad de Alcalá
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EL EMPLEO DE HONGOS MEJORA LA ELIMINACIÓN DE MICROCONTAMINANTES EMERGENTES EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
La inmovilización de hongos ligninolíticos en contactores biológicos rotatorios (CBR o comúnmente llamados biodiscos) ha permitido mejorar la eliminación de microcontaminantes farmacéuticos alcanzando tasas de eliminación superiores a las obtenidas por fangos activos. Los resultados del tratamiento de dos efluentes reales de aguas residuales demuestran que este tratamiento puede trasladarse a pequeñas estaciones de depuración operando con un tiempo de residencia hidráulico relativamente bajo de un día y sin la necesidad de aireación.
Grupo de Ingeniería Química y Ambiental – URJC
Procesos fotocatalíticos para la potabilización de aguas en Lastras de Cuéllar.
Hace ya cerca de cinco años que los habitantes de Lastras de Cuéllar (Segovia) sufrieron las primeras restricciones en el consumo de agua de red debido a la presencia de altos niveles de arsénico. Años después, tras la instalación de un lecho adsorbente para su retirada, volvieron a sonar las alarmas en esta pequeña localidad, esta vez debido al exceso de nitratos en el agua de red. Dos problemas diferentes con la misma solución: ¡la fotocatálisis! Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid colaboran con el municipio de Lastras de Cuéllar desarrollando procesos fotoasistidos empleando minerales de bajo coste como catalizadores y adsorbentes.
Alicia L. García-Costa. Departamento Ingeniería Química. UAM
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El valor de las aguas residuales como fuente de energía, nutrientes y agua
Cada año se producen 380.000 millones de m3 de aguas residuales a nivel global, cinco veces la cantidad de agua que pasa por las cataratas del Niágara cada año. Además, el volumen de aguas residuales va en aumento: se prevé un incremento de un 24% en 2030, y un 51% en 2050. Se estima que la recuperación de nutrientes de las aguas residuales podría satisfacer el 13,4% de la demanda agrícola. Además, supondría beneficios medioambientales, como reducir la eutrofización. Por otra parte, la energía recuperada podría proporcionar electricidad a 158 millones de hogares, el equivalente a EE.UU. y México juntos.
Universidad Complutense de Madrid
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La recuperación de recursos mediante bacterias fototróficas resiste a los contaminantes emergentes
Investigadores de la URJC han publicado recientemente un artículo en la que se demuestra que la presencia de compuestos emergentes en aguas residuales no limita el potencial que tienen las bacterias fototróficas púrpura (PPB). Además, la conversión de la biomasa compuesta por estos microorganismos en productos de alto valor añadido, como el biogás, no se ve comprometida por la presencia de estos contaminantes.
Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la URJC