Tratamiento de aguas residuales industriales mediante un sistema continuo sono-fenton

Abstract

Este trabajo forma parte de la línea de investigación de ¿Tratamientos Avanzados de Depuración de Aguas Residuales¿ desarrollada por el grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología (E.S.C.E.T.) de la Universidad Rey Juan Carlos, en la que se estudia la aplicación de diferentes procesos avanzados de oxidación para la degradación de compuestos refractarios presentes en aguas residuales. En la última década, se ha impulsado de forma acelerada el desarrollo de nuevas tecnologías destinadas al tratamiento de aguas contaminadas, debido en gran medida a las fuertes restricciones de la normativa impuesta por las administraciones. Por esta razón se han desarrollado nuevos métodos de descontaminación frente a los convencionales denominados, ¿Procesos de Oxidación Avanzada¿, capaces de generar radicales hidroxilo que reaccionan con la materia orgánica degradándola eficazmente. La eficacia de estos procesos depende en gran medida de la naturaleza y propiedades físico-químicas del efluente a tratar. Dentro de estas nuevas tecnologías para el tratamiento de aguas residuales, el empleo de procesos Fenton, en sus diferentes modalidades, son uno de los métodos más usados como tratamiento de descontaminación de aguas. El proceso Fenton convencional involucra el uso de peróxido de hidrógeno y un catalizador (una sal u óxido metálico, normalmente de hierro), además ha resultado efectivo para tratar muchos tipos de compuestos no biodegradables, alifáticos y aromáticos clorados, nitroaromáticos, colorantes azo, clorobenceno, fenoles, fenoles clorados, octacloro-p-dioxina y formaldehído. También el empleo de ultrasonidos ha cobrado una gran importancia en los últimos años, al ser una tecnología relativamente eficaz, sin necesidad de introducir agentes químicos extraños en la corriente acuosa a tratar. Desde este punto de vista constituye lo que se denomina ¿green technology¿ o tecnología respetuosa con el medio ambiente. La emisión de ondas de ultrasonido de alta frecuencia (f ¿20 kHz) produce un fenómeno de cavitación que conlleva la formación, crecimiento y colapso de microburbujas en el seno del agua. En este proceso de cavitación se originan puntos de temperatura y presión muy elevadas, debido a la fuerte liberación de energía producida con la implosión o colapso de las microburbujas. Este fenómeno permite la generación de radicales libres que tienen un elevado potencial oxidante, procedentes de la escisión homolítica de la molécula del agua, o la propia descomposición de los contaminantes que se encuentran en el seno del agua. Sin embargo, los sistemas de ultrasonidos han mostrado una eficacia limitada en la eliminación de determinados contaminantes. Por ello, desde el punto de vista de mejorar su efectividad, se plantea la combinación de ultrasonidos con diferentes sistemas catalíticos de oxidación avanzada, tanto homogéneos como heterogéneos. En este sentido, la aplicación de procesos Fenton basados en un sistema Fenton (Fe/H 2 O 2 ) asistido con ultrasonidos se plantea como una alternativa válida para conseguirlo. En el presente proyecto de investigación, se ha evaluado el diseño, puesta en marcha y optimización de un sistema sono-Fenton continuo para el tratamiento de aguas residuales con baja biodegradabilidad procedentes de diferentes industrias (refino, farmacia y petroquímica). La presencia en estas aguas residuales de contaminantes orgánicos tóxicos y refractarios a tratamientos convencionales de depuración ha impulsado el estudio de nuevas técnicas de eliminación más eficaces para ellos. Los trabajos encontrados en bibliografía relacionados con este tipo de procesos están limitados fundamentalmente a estudios en sistemas discontinuos a pequeña escala. Por este motivo, el trabajo que se presenta sería el primer paso hacia un posible escalado de estos sistemas para hacerlos aplicables más allá del laboratorio. El diseño y optimización del sistema sono-Fenton continuo se ha basado en la integración de ambos procesos (Fenton y cavitación acústica) en un reactor de lecho fijo, que permite la operación con ambas tecnologías tanto de manera simultánea como secuencial. Para el control y evaluación de cada tipo de integración en el reactor continuo se ha realizado la caracterización completa del agua residual antes y después del tratamiento, prestando especial atención a los siguientes parámetros: demanda química de oxígeno (DQO), demanda biológica de oxígeno (DBO5), carbono total, inorgánico y orgánico (CT, CI y COT), así como parámetros derivados de ellos, como el grado de oxidación medio (AOS), y la biodegradabilidad (relación DBO5/DQO) del efluente obtenido. Para las tres aguas residuales ensayadas se ha podido comprobar que el sistema sono- Fenton con sonda en la alimentación es la configuración óptima, aumentando para todos los casos la biodegradabilidad del efluente tratado. Además, el catalizador Fe2O3/SBA-15 ha mostrado un buen comportamiento catalítico en el tratamiento de aguas residuales de origen industrial en el proceso de durabilidad, pero esta actividad se encuentra muy influenciada por la naturaleza del agua residual a tratar. Todos los resultados obtenidos demuestran que es posible la utilización de un sistema en continuo sono-Fenton para la mineralización parcial de aguas de origen industrial con rendimientos positivos.