{"id":131919,"date":"2013-06-24T13:18:01","date_gmt":"2013-06-24T12:18:01","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/?p=131919"},"modified":"2013-06-27T10:23:07","modified_gmt":"2013-06-27T09:23:07","slug":"proceso-integrado-de-coagulacion-fenton-para-el-tratamiento-de-aguas-residuales-industriales","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/2013\/06\/24\/131919","title":{"rendered":"PROCESO INTEGRADO DE COAGULACI\u00d3N-FENTON PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES"},"content":{"rendered":"

Un novedoso proceso integrado de coagulaci\u00f3n-Fenton se ha utilizado para el tratamiento de un efluente de agua residual de una industria de cosm\u00e9ticos situada en la Comunidad de Madrid. En un primer paso, FeSO4<\/sub> se us\u00f3 como coagulante y el Fe2+<\/sup> no precipitado que permaneci\u00f3 en disoluci\u00f3n se utiliz\u00f3 como catalizador para el posterior proceso Fenton. El proceso de coagulaci\u00f3n alcanz\u00f3 un notable decrecimiento del Carbono Org\u00e1nico Total (COT) sin que la concentraci\u00f3n de compuestos fen\u00f3licos variase significativamente. Sin embargo, esta notable disminuci\u00f3n de la carga org\u00e1nica produjo una considerable reducci\u00f3n de la cantidad de H2<\/sub>O2<\/sub> requerida en el proceso Fenton para la eliminaci\u00f3n de los fenoles. La integraci\u00f3n de ambos procesos permiti\u00f3 el cumplimiento de los l\u00edmites de vertido establecidos por la Ley\u00a010\/1993 de la Comunidad de Madrid para vertidos industriales a la red de saneamiento (a partir de Perdig\u00f3n-Mel\u00f3n et al.<\/em>, 2010).<\/p>\n

[Departamento de Qu\u00edmica Anal\u00edtica, Qu\u00edmica F\u00edsica e Ingenier\u00eda Qu\u00edmica. UAH]<\/span><\/p>\n

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Las industrias de cosm\u00e9ticos como consecuencia de su actividad econ\u00f3mica generan importantes vol\u00famenes de efluentes residuales caracterizados por sus altos valores en Demanda Qu\u00edmica de Ox\u00edgeno (DQO). El cumplimiento de la estricta legislaci\u00f3n obliga a estas industrias al tratamiento de sus efluentes para conseguir una reducci\u00f3n tanto en su carga org\u00e1nica como en otros contaminantes inorg\u00e1nicos antes de su descarga a cauce o a una red de saneamiento. A pesar de que los procesos de tratamiento biol\u00f3gico son m\u00e1s econ\u00f3micos que los f\u00edsico-qu\u00edmicos, la alta carga org\u00e1nica de sus efluentes, ecotoxicidad o presencia en ellos de compuestos biorrecalcitrantes produce una baja relaci\u00f3n DBO5\/DQO que imposibilita su tratamiento a trav\u00e9s de ellos (Bautista et al.<\/em>, 2007).<\/p>\n

Entre los procesos f\u00edsico-qu\u00edmicos, la coagulaci\u00f3n ha recibido una considerable atenci\u00f3n debido a su alta eficacia en la eliminaci\u00f3n de DQO as\u00ed como su elevada eficiencia en costes. Sin embargo, la eficacia de este proceso en la eliminaci\u00f3n de DQO var\u00eda tanto con la naturaleza de los compuestos org\u00e1nicos como con las caracter\u00edsticas f\u00edsico-qu\u00edmicas del agua a tratar, especialmente alcalinidad o dureza (Tomaszewska et al.<\/em>, 2004). En particular, los fenoles son dif\u00edcilmente eliminados en el proceso de coagulaci\u00f3n y como resultado de ello, su concentraci\u00f3n puede exceder los l\u00edmites de vertido establecidos por la legislaci\u00f3n. Para incrementar la eficacia de degradaci\u00f3n de \u00e9stos, se ha propuesto integrar el proceso Fenton a continuaci\u00f3n del de coagulaci\u00f3n. Este m\u00e9todo de oxidaci\u00f3n se basa en el uso de la mezcla de Fe2+<\/sup>\/H2<\/sub>O2<\/sub> en condiciones \u00e1cidas para la generaci\u00f3n de una elevada concentraci\u00f3n de radicales hidroxilo, caracter\u00edstica particular que define los procesos de oxidaci\u00f3n avanzada (POA). El proceso Fenton ha sido ampliamente estudiado tanto en la degradaci\u00f3n de derivados fen\u00f3licos como en el tratamiento de aguas residuales de industrias cosm\u00e9ticos (Lin et al.<\/em>, 1999; Bautista et al.<\/em>, 2007). Sin embargo, la elevada DQO t\u00edpicamente encontrada en los efluentes de estas industrias requiere del uso de elevados vol\u00famenes de un reactivo costoso como es el H2<\/sub>O2<\/sub>, hecho que podr\u00eda limitar su aplicaci\u00f3n pr\u00e1ctica (Esplugas et al.<\/em>, 2002).<\/em><\/p>\n

En este trabajo se llevo a cabo el estudio del proceso integrado coagulaci\u00f3n-Fenton en el tratamiento de un efluente de una industria de cosm\u00e9ticos.<\/p>\n

Material y m\u00e9todos<\/span><\/strong><\/p>\n

El agua residual industrial se obtuvo del efluente de una empresa de preparaci\u00f3n de productos cosm\u00e9ticos situada en la Comunidad de Madrid. Las principales caracter\u00edsticas f\u00edsico-qu\u00edmicas del agua residual as\u00ed como los l\u00edmites de vertido establecidos por la Ley\u00a010\/1993 de la Comunidad de Madrid para vertidos industriales a la red de saneamiento se muestran en la Tabla\u00a01.<\/p>\n

\"\"<\/a>a<\/sup> Valores m\u00e1ximos instant\u00e1neos para los Vertidos L\u00edquidos Industriales al Sistema de Saneamiento de acuerdo a la Ley 10\/1993 de la Comunidad de Madrid.<\/p>\n

El proceso experimental de coagulaci\u00f3n se llevo a cabo en un dispositivo \u201cJar Test\u201d (Selecta) utilizando vol\u00famenes de 400\u00a0ml del efluente a tratar. Los coagulantes utilizados fueron: sulfato de hierro (FeSO4<\/sub>\u00b77H2<\/sub>O, \u226599%, Sigma-Aldrich) y hidr\u00f3xido de calcio (Ca(OH)2<\/sub>, \u226590%, Panreac). Los coagulantes se mezclaron con el agua residual vigorosamente (200\u00a0rpm) durante 5 minutos, seguida de una mezcla lenta (30\u00a0rpm) durante 30 minutos y un per\u00edodo sin agitaci\u00f3n de 10 minutos.<\/p>\n

El proceso Fenton se llevo a cabo con al\u00edcuotas de 50\u00a0ml de agua sobrenadante procedente del de coagulaci\u00f3n. El efluente a tratar se acidific\u00f3 hasta un pH de 2,7\u00b10,2 con HCl (1M) y se adicion\u00f3 H2O2 (33%, p\/v, Panreac). La concentraci\u00f3n inicial de per\u00f3xido de hidrogeno se fij\u00f3 de acuerdo a la cantidad estequiom\u00e9trica te\u00f3rica (2,12\u00a0g\u00a0H2<\/sub>O2<\/sub>\/g\u00a0DQO) establecida por Bautista et al.<\/em> (2007). Las muestras se agitaron en un agitador orbital durante 240\u00a0minutos a temperatura ambiente y posteriormente el pH se ajusto a 8,0\u00b10,5.<\/p>\n

Se analiz\u00f3 la DQO, COT, DBO5<\/sub>, concentraci\u00f3n de fenoles y hierro as\u00ed como la inhibici\u00f3n de la luminiscencia de la bacteria Vibrio fischeri<\/em> del agua residual bruta y tratada.<\/p>\n

Resultados<\/span><\/strong><\/p>\n

Como se observa en la Tabla\u00a01, el efluente de la industria a estudio incumple los l\u00edmites de vertido de varios par\u00e1metros f\u00edsico-qu\u00edmicos establecidos por la Ley 10\/1993 de la Comunidad de Madrid: pH, DQO, Fenoles totales y Ecotoxicidad.<\/p>\n

Proceso de Coagulaci\u00f3n<\/em><\/strong><\/p>\n

El proceso de coagulaci\u00f3n usando FeSO4<\/sub> se evalu\u00f3 en busca de las condiciones \u00f3ptimas de pH y dosis de coagulante. Las menores valores de carga org\u00e1nica se alcanzaron a pH>8, sin diferencias significativas en el rango 8-10. El valor final de COT en el efluente clarificado fue de 200\u00a0mg\u00a0l-1<\/sup> (DQO=680\u00a0mg\u00a0l-1<\/sup>). A pH=8, dosis de 2,29\u00a0g\u00a0l-1<\/sup> de FeSO4<\/sub> optimizan el uso del coagulante al alcanzar la mayor reducci\u00f3n de materia org\u00e1nica por gramo de sal de hierro. Como contrapunto, en ninguna de las condiciones estudiadas de pH y dosis de FeSO4<\/sub>se encontraron reducciones significativas en la concentraci\u00f3n de fenoles.<\/p>\n

Por tanto, el proceso de coagulaci\u00f3n es capaz de alcanzar una reducci\u00f3n de la carga org\u00e1nica suficiente para cumplir los l\u00edmites m\u00e1ximos de vertido de DQO, pero \u00fanicamente es capaz de disminuir la concentraci\u00f3n de fenoles totales hasta 18\u00a0mg\u00a0l-1<\/sup>, valor notablemente superior al establecido por la legislaci\u00f3n auton\u00f3mica (2\u00a0mg\u00a0l-1<\/sup>).<\/p>\n

Proceso de Coagulaci\u00f3n-Fenton<\/em><\/strong><\/p>\n

Con el objetivo de reducir la concentraci\u00f3n de los derivados fen\u00f3licos en el efluente procedente del proceso de coagulaci\u00f3n, un posterior sistema de oxidaci\u00f3n Fenton fue implementado teniendo en cuenta su capacidad para eliminar esta clase de compuestos (Zazo et al.<\/em>, 2007).<\/p>\n

La concentraci\u00f3n relativa de FeSO4<\/sub> y Ca(OH)2<\/sub> en la mezcla coagulante tiene una gran influencia en dos de los principales par\u00e1metros del posterior proceso Fenton: concentraci\u00f3n de materia org\u00e1nica y hierro disuelto. Como concentraciones de partida de los coagulantes se utilizaron para el FeSO4<\/sub> los valores optimizados en el proceso anterior de coagulaci\u00f3n (2,29\u00a0g\u00a0l-1<\/sup>) y la dosis te\u00f3rica establecida por Degr\u00e8mont (2007) para el Ca(OH)2<\/sub> (1,76\u00a0g\u00a0l-1<\/sup>). Para alcanzar las mejores condiciones en el proceso Fenton, las dosis m\u00e1s \u00f3ptimas de la mezcla coagulante ser\u00e1n aquellas que reduzcan la concentraci\u00f3n de materia org\u00e1nica lo m\u00e1ximo posible, para disminuir las posteriores dosis requeridas de H2<\/sub>O2<\/sub>, y mantengan la mayor concentraci\u00f3n posible en disoluci\u00f3n de Fe2+<\/sup>. De acuerdo con estos criterios, las mezclas C-2, C-3 y C-7 de la Tabla\u00a02 se seleccionaron para el proceso de oxidaci\u00f3n.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

La Tabla\u00a03 resume los principales par\u00e1metros despu\u00e9s de los procesos de coagulanci\u00f3n y coagulaci\u00f3n-Fenton de los experimentos C-2, C-3 y C-7. En todos ellos, COT fue significativamente menor que el l\u00edmite de descarga. Sin embargo, la concentraci\u00f3n de hierro y fenoles excedi\u00f3 sus respectivos valores umbrales de 10 y 2\u00a0mg\u00a0l-1<\/sup>. El proceso de coagulaci\u00f3n-Fenton alcanz\u00f3 valores de COT de 39,9, 44,4 y 50,8\u00a0mg\u00a0l-1<\/sup> para C-2, C-3 y C-7, lo que se corresponde con eficiencias de eliminaci\u00f3n superiores al 95%. El experimento con mayor contenido en hierro (C-3) tuvo una concentraci\u00f3n de 1,5\u00a0mg\u00a0l-1<\/sup>, notablemente inferior al l\u00edmite de vertido. Por otro lado, con respecto a los fenoles, su concentraci\u00f3n despu\u00e9s del proceso de coagulaci\u00f3n-Fenton se redujo hasta valores 0,18\u00a0mg\u00a0l-1<\/sup>, considerablemente inferiores al valor m\u00e1ximo (2\u00a0mg\u00a0l-1<\/sup>). Por tanto, teniendo en cuenta la reducci\u00f3n tanto de COT como de fenoles totales la mezcla coagulante C-2 se seleccion\u00f3 para la optimizaci\u00f3n del proceso Fenton.<\/p>\n

\"\"<\/a>Adem\u00e1s del pH y la temperatura, los principales par\u00e1metros que afectan la eficacia del proceso Fenton son la concentraci\u00f3n de H2<\/sub>O2<\/sub> y el tiempo de reacci\u00f3n. Ambos han sido tenidos en cuenta en este trabajo. Primeramente, la concentraci\u00f3n de per\u00f3xido de hidrogeno se optimiz\u00f3 debido a que su elevado coste supone una de las principales desventajas de este tratamiento (Esplugas et al.<\/em>, 2002). A pesar de que la concentraci\u00f3n inicial de H2<\/sub>O2<\/sub> (entorno a 1\u00a0g\u00a0l-1<\/sup>) gracias al proceso previo de coagulaci\u00f3n es considerablemente baja en comparaci\u00f3n con otros estudios (Peres et al.<\/em>, 2003; San Sebasti\u00e1n et al.<\/em>, 2004), se trat\u00f3 de disminuir su dosis a\u00fan m\u00e1s. La Figura\u00a01 muestra la evoluci\u00f3n del COT (c\u00edrculos negros) y de los fenoles totales (c\u00edrculos blancos) usando diferentes dosis de H2<\/sub>O2<\/sub>. Una significativa reducci\u00f3n del COT se observa hasta dosis de 3\u00a0g\u00a0l-1<\/sup>, a partir de la cual el incremento en la concentraci\u00f3n de per\u00f3xido de hidrogeno produce un menor efecto en la eliminaci\u00f3n de la materia org\u00e1nica. Este hecho previamente descrito por Bautista et al.<\/em>, 2007 es consecuencia al efecto \u201cscavenger\u201d. Por su parte, la concentraci\u00f3n de fenoles se reduce hasta 0,09\u00a0g\u00a0l-1<\/sup> para dosis de 2\u00a0g\u00a0l-1<\/sup>, aunque el l\u00edmite m\u00e1ximo de vertido (2\u00a0mg\u00a0l-1<\/sup>) es alcanzado usando 0,30\u00a0g\u00a0l-1<\/sup> de per\u00f3xido de hidr\u00f3geno.<\/p>\n

\"\"<\/a>Figura\u00a01.<\/strong> Influencia de la dosis de H2<\/sub>O2<\/sub> en el COT (\u25cf) y en la concentraci\u00f3n de fenoles totales (\u25cb<\/strong>).<\/p>\n

Posteriormente el tiempo de reacci\u00f3n fue optimizado para la dosis \u00f3ptima de H2<\/sub>O2<\/sub> (0,30\u00a0g\u00a0l-1<\/sup>). El proceso alcanz\u00f3 las m\u00e1ximas eficacias de eliminaci\u00f3n tanto de COT como fenoles en los primeros 15 minutos de reacci\u00f3n.<\/p>\n

Ecotoxicidad y biodegradabilidad<\/em><\/strong><\/p>\n

La Figura\u00a02 muestra la relaci\u00f3n entre la inhibici\u00f3n de la luminiscencia de la bacteria V. fischeri<\/em> y el porcentaje de diluci\u00f3n del agua tanto bruta como tratada por los procesos de coagulaci\u00f3n (C-7) y de coagulaci\u00f3n-Fenton.<\/p>\n

\"\"<\/a>Figura\u00a02.<\/strong> Curva de inhibici\u00f3n-diluci\u00f3n del efluente residual bruta (\u25cf), agua trata por el proceso de coagulaci\u00f3n (\u25a0) y por el proceso de coagulaci\u00f3n-Fenton (\u25b2).<\/p>\n

El efluente previo al tratamiento mostro ser altamente t\u00f3xico (200\u00a0Equitox\u00a0m-3<\/sup>) y no biodegradable (DBO5<\/sub>\/DQO=0,003). Ambos tratamiento consiguen disminuir notablemente la ecotoxidad del agua e incrementar su biodegradabilidad. Despu\u00e9s del proceso de coagulaci\u00f3n se obtienen aguas con valores de ecotoxicidad de 1,9\u00a0Equitox\u00a0m-3<\/sup>, inferiores a los establecidos por la legislaci\u00f3n (25\u00a0Equitox\u00a0m-3<\/sup>), pero escasamente biodegradables (DBO5<\/sub>\/DQO=0,03). El proceso integrado de coagulaci\u00f3n-Fenton no s\u00f3lo reduce muy significativamente la ecotoxicidad del agua residual bruta sino que incrementa su biodegradabilidad hasta 0,37 (ratio DBO5<\/sub>\/DQO), valor cercano al que considera al agua como biodegradable (0,4-0,6) (Al-Momani et al.,<\/em> 2002).<\/p>\n

Conclusiones<\/span><\/strong><\/p>\n

El proceso integrado de coagulaci\u00f3n-Fenton resulto ser un tratamiento adecuado para tratar efluentes de la industria de cosm\u00e9ticos. Un primer proceso de coagulaci\u00f3n con dosis de 2,29 y 1,23\u00a0g\u00a0l-1<\/sup> de FeSO4<\/sub> y Ca(OH)2<\/sub>, respectivamente, alcanza reducciones notables de materia org\u00e1nica (>83%) pero insignificantes de derivados fen\u00f3licos. La integraci\u00f3n de un posterior proceso Fenton, con dosis de H2<\/sub>O2<\/sub> de 0,30\u00a0g\u00a0l-1<\/sup> y tiempos de reacci\u00f3n de 15\u00a0minutos, permite no s\u00f3lo la muy significativa reducci\u00f3n de la materia org\u00e1nica (>96%) sino la disminuci\u00f3n de la concentraci\u00f3n de fenoles totales hasta valores considerablemente inferiores a los l\u00edmites de vertido (0,18\u00a0mg\u00a0l-1<\/sup>), reduciendo la ecotoxicidad e incrementando la biodegradabilidad del agua tratada.<\/p>\n

Referencias<\/span><\/strong><\/p>\n

Al-Momani, F., Touraud, E., Degorce-Dumas, J.R., Roussy, J., Thomas, O. (2002) Biodegradability enhancement of textile dyes and textile wastewater by VUV photolysis. J. Photoch. Photobio. A. <\/em>153<\/strong>, 191-197.<\/p>\n

Bautista, P., Mohedano, A.F., Gilarranz, M.A., Casas, J.A., Rodr\u00edguez, J.J. (2007) Application of Fenton oxidation to cosmetic wastewaters treatment. J. Hazard. Mat.<\/em> 143<\/strong>, 28-134.<\/p>\n

Degr\u00e8mont (2007) Water Treatment Handbook, 7th Ed., Lavousier Wiley, New York.<\/p>\n

Esplugas, E., Gim\u00e9nez, J., Contreras, S., Pascual, E., Rodr\u00edguez, M. (2002) Comparison of different advanced oxidation processes for phenol degradation. Water Res.<\/em> 36<\/strong>, 1034-1042.<\/p>\n

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Perdig\u00f3n-Mel\u00f3n, J.A., Carbajo, J.B., Petre, A.L., Rosal, R., Garcia-Calvo, E. (2010) Coagulation-Fenton coupled treatment for ecotoxicity reduction in highly polluted industrial wastewater. J. Hazard. Mat.<\/em> 181<\/strong>, 127-132.<\/p>\n

Peres, J.A., Beltr\u00e1n de Heredia, J., Dom\u00ednguez, J.R., (2004) Integrated Fenton’s reagent-coagulation\/flocculation process for the treatment of cork processing wastewaters J. Hazard. Mat.<\/em> 107<\/strong>, 115-121.<\/p>\n

San Sebasti\u00e1n, N., F\u00edguls, J., Font, X., S\u00e1nchez, A. (2003) Pre-oxidation of an extremely polluted industrial wastewater by the Fenton\u00b4s reagent. J. Hazard. Mater.<\/em> 101<\/strong>, 315-322.<\/p>\n

Tomaszewska, M., Mozia, S., Morawski, A.W. (2004) Removal of organic matter by coagulation enhanced with adsorption on PAC. Desalination<\/em> 161<\/strong>, 79-87.<\/p>\n

Zazo, J.A., Casas, J.A., Molina, C.B., Quintanilla, A., Rodr\u00edguez, J.J. (2007) Evolution of ecotoxicity upon Fenton\u00b4s oxidation of phenol in water. Environ. Sci. Technol.<\/em> 41<\/strong>, 7164-7170.<\/p>\n

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Un novedoso proceso integrado de coagulaci\u00f3n-Fenton se ha utilizado para el tratamiento de un efluente de agua residual de una industria de cosm\u00e9ticos situada en la Comunidad de Madrid. En un primer paso, FeSO4 se us\u00f3 como coagulante y el Fe2+ no precipitado que permaneci\u00f3 en disoluci\u00f3n se utiliz\u00f3 como catalizador para el posterior proceso Fenton. El proceso de coagulaci\u00f3n alcanz\u00f3 un notable decrecimiento del Carbono Org\u00e1nico Total (COT) sin que la concentraci\u00f3n de compuestos fen\u00f3licos variase significativamente. Sin embargo, esta notable disminuci\u00f3n de la carga org\u00e1nica produjo una considerable reducci\u00f3n de la cantidad de H2O2 requerida en el proceso\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":42,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[1],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/131919"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/users\/42"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=131919"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/131919\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":131926,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/131919\/revisions\/131926"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=131919"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=131919"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=131919"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}