Intensificación del Proceso Fenton por aumento de la temperatura. Una alternativa al tratamiento de aguas residuales industriales
En los últimos años se ha acrecentado la necesidad de desarrollar nuevos procedimientos o intensificar aquellos ya existentes para el tratamiento de aguas residuales industriales. Dentro de estas alternativas, el empleo de altas temperaturas supone una intensificación del Proceso Fenton convencional, alcanzando mayores reducciones de la materia orgánica con un menor consumo de reactivos.
[Grupo Ingeniería Química UAM]
La implantación de tecnologías nuevas y/o mejoradas, capaces de conjugar eficacia y economía, para el tratamiento de las aguas residuales de la industria constituye en la actualidad una exigencia, dada la presencia creciente de contaminantes peligrosos y la existencia de límites de vertido cada vez más restrictivos.
Entre estas técnicas destacan los Procesos de Oxidación Avanzada (POA´s), que se definen como “procesos de tratamiento de aguas a presión y temperatura cercanas a las ambientales, y que implican la generación de radicales hidroxilo en cantidades suficientes para purificar el agua”. Dentro de los procesos de oxidación avanzada, uno de los más efectivos es el tratamiento con el Reactivo Fenton, consistente en la descomposición catalítica de H2O2 en radicales ·OH mediante el empleo de sales de Fe2+ en medio ácido. Entre las ventajas que presenta el uso del Reactivo Fenton cabe destacar la baja toxicidad del Fe, la facilidad de manejo del H2O2 y su descomposición en productos inocuos para el medio ambiente. La instalación necesaria (reactor tanque agitado) resulta, en general, sencilla, sin que sea preciso emplear equipos adicionales para la generación de los reactivos. El proceso se realiza bien por cargas, adicionando los reactivos (Fe2+ y H2O2) al principio del mismo o por alimentación diferida, donde las cantidades de Fe2+ y/o H2O2 se van añadiendo poco a poco a lo largo del proceso. La temperatura de operación se sitúa habitualmente entre 25 y 50ºC y el pH inicial próximo a 3.
Las actuales líneas de investigación relacionadas con la depuración de aguas residuales, se centran en el tratamiento de los efluentes de diversas industrias contaminadas con compuestos de diversa naturaleza, como fenoles, clorofenoles o hidrocarburos aromáticos policíclicos, que aparecen en la lista de contaminantes prioritarios. La eficacia del proceso se determina a partir de la reducción de la carga orgánica del efluente, expresada como COT o DQO. No obstante, la legislación actual establece también límites para la toxicidad del efluente, determinada mediante ensayos normalizados de ecotoxicidad (p.e., MicrotoxÓ). En el caso de la Comunidad Autónoma de Madrid, la Ley 10/93, sobre vertidos líquidos industriales al sistema integral de saneamiento, fija como límite máximo 25 unidades de toxicidad (equitox/m3).
Este proceso, en las condiciones anteriormente indicadas, presenta una serie de inconvenientes derivados de la necesidad de emplear altas dosis de hierro y elevadas concentraciones de H2O2 (superiores a la estequiométrica) para conseguir acelerar el proceso y alcanzar una reducción significativa del COT, respectivamente [Zazo et al., 2005]. Estas altas cantidades de hierro provocan la formación de lodos de Fe(OH)3 durante la etapa de neutralización, previa al vertido o a un tratamiento biológico posterior, que deben ser separados del efluente. Este inconveniente se soluciona empleando catalizadores heterogéneos de hierro soportado [Al-Hayek y Doré, 1990; Tatibouët et al., 2005; Molina et al., 2006; Zazo et al., 2006; Melero et al., 2007], si bien, este hecho no afecta significativamente al consumo de H2O2 (principal coste de este tratamiento), por lo que la economía del proceso no se ve sustancialmente mejorada. En este sentido, algunos autores proponen la utilización del Reactivo Fenton como pretratamiento para eliminar la toxicidad del efluente de tal manera que pueda ser posteriormente tratado mediante procesos biológicos convencionales [Andreozzi et al., 1999]. De esta manera se reduce la cantidad necesaria de H2O2 ya que no se persigue la total oxidación de la materia orgánica.
Una alternativa de tratamiento que apenas se ha considerado hasta la fecha es trabajar a temperaturas más elevadas, debido a la creencia de que la descomposición térmica del H2O2 reduce la eficacia del proceso. No obstante, algunas experiencias ponen de manifiesto la posibilidad de emplear la temperatura como alternativa para mejorar la eficacia global del proceso. Así, los resultados obtenidos en la oxidación de fenol (compuesto que suele utilizarse como modelo para simular el comportamiento de efluentes industriales) empleando Reactivo Fenton indican que la cantidad de materia orgánica convertida por unidad de H2O2 descompuesta aumenta con la temperatura en el intervalo 25ºC-130ºC [Zazo et al., 2011]. La viabilidad técnica y económica del proceso a alta temperatura también ha sido probada utilizando efluentes industriales de diversa naturaleza. En este sentido, la empresa española FMC Foret ideó en el año 1997 el proceso OHP (Oxidación Húmeda con Peróxido) que opera hasta 120ºC y 1,5 bar, y en la que se emplea una combinación de H2O2 y sales metálicas para tratar aguas residuales industriales.
Referencias
Al-Hayek N., Doré M. Oxidation of phenols in water by hydrogen peroxide on alumine supported iron. Water Res. 1990, 24, 973-982.
Andreozzi R., Caprio V., Insola A., Marotta R. Advanced oxidation processes (AOP) for water purification and recovery. Catal. Today 1999, 53, 51-59.
Melero J.A., Calleja G., Martínez F., Molina R., Pariente M.I. Nanocomposite Fe2O3/SBA-15: An efficient and stable catalyst for the catalytic wet peroxidation of phenolic aqueous solutions. Chem. Eng. J. 2007, 131, 245-251.
Molina C.B., Casas J.A., Zazo J.A., Rodriguez J.J. A comparison of Al-Fe and Zr-Fe pillared clays for catalytic wet peroxide oxidation. Chem. Eng. J. 2006, 118, 29-35.
Tatibouët J.M., Guélou E., Fournier J. Catalytic oxidation of phenol by hydrogen peroxide over a pillared clay containing iron. Active species and pH effect. Topics Catal. 2005, 33, 225–232.
Zazo J.A., Casas J.A., Mohedano A.F., Gilarranz M.A., Rodriguez J.J. Chemical pathway and kinetics of phenol oxidation by Fenton’s reagent. Environ. Sci. Technol. 2005, 43, 9295-9302.
Zazo J.A., Casas J.A., Mohedano A.F., Rodriguez J.J. Catalytic wet peroxide oxidation of phenol with a Fe/Active carbon catalyst. Appl. Catal. B. Environ. 2006, 65, 261-268.
Zazo J.A., Pliego G., Blasco S., Casas J.A., Rodriguez J.J. Intensification of the Fenton process by increasing the temperature. Ind. Eng. Chem. Res. 2011, 50(2), 868-870.