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CARACTERIZACIÓN Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL

SECTOR DE ARTES GRÁFICAS.

PARTE II: PROCESOS DE OXIDACIÓN AVANZADA

José Aguado Alonso. Coordinador de la Red Madrileña de Tratamientos Avanzados de

Aguas Residuales con Contaminantes No Biodegradables - REMTAVARES

Universidad de Alcalá de Henares, Universidad Autónoma de Madrid, Universidad

Complutense de Madrid, Universidad Rey Juan Carlos.

Resumen

El presente trabajo aborda el tratamiento de dos aguas residuales seleccionadas del sector de Artes

Gráficas (AR-1, aguas de revelado usado y AR-2, aguas de mojado) mediante procesos de oxidación

húmeda catalítica, oxidación Fenton (homogéneo y heterogéneo) y ozonización. El agua residual AR-1

procedente de un tratamiento físico-químico previo resultó ser más resistente a los tratamientos de

oxidación estudiados, aunque se alcanzaron valores de DQO y toxicidad inferiores a los exigidos por la

legislación vigente. En el caso del agua residual AR-2 sin tratamiento fisicoquímico previo, los

tratamientos de ozonización y oxidación Fenton consiguieron reducciones de la DQO superiores al 80 %.

El proceso Fenton con un catalizador heterogéneo de hierro soportado sobre sílice ha mostrado una

destacada estabilidad durante el tratamiento continuo del agua residual manteniendo reducciones

próximas al 80% de COT después de 100 horas de tratamiento. Por su parte, la oxidación húmeda

catalítica apenas elimina la carga orgánica (alrededor de un 4 %), si bien con ella se consiguieron

reducciones de la toxicidad superiores al 90 %.

Palabras Clave: oxidación química, oxidación avanzada, aguas residuales, artes gráficas

Abstract

This work is focused on the assessment of ozonation, homogeneous and heterogeneous Fenton oxidation

and catalytic wet oxidation for the treatment of two wastewaters coming from the Graphic Arts sector

(AR-1, used developed waters and AR-2, washing water). The AR-1 wastewater coming from a previous

physicochemical treatment was more resistant to oxidation treatments, although values of COD and

toxicity lower than those required by regional legislation were accomplished. In the case of the AR-2

wastewater without prior physicochemical treatment, ozonation and Fenton oxidation treatments achieved

COD reductions over 80%. The Fenton process with a heterogeneous catalyst of iron supported on a silica

support has shown a remarkable stability during the continuous treatment of wastewater keeping

reductions of TOC close to 80% after 100 hours of operation. The catalytic wet oxidation hardly removes

the organic loading (about 4% TOC reduction), even though the toxicity was reduced until 90%.

Key words: Chemical oxidation, advanced oxidation, printing wastewater

1


1. Introducción

En las últimas décadas se han desarrollado tecnologías alternativas para el

tratamiento de aguas residuales industriales con contaminantes orgánicos disueltos en

las que el tratamiento biológico no resulta adecuado. Estas tecnologías se centran en

muchos casos en procesos de oxidación que permiten la mineralización de los

contaminantes a dióxido de carbono y agua, o al menos su oxidación parcial hacia otros

subproductos de menor toxicidad para su posterior tratamiento biológico o vertido

directo (Gogate y Pandit, 2004 a,b , Rodríguez y col., 2006). Estos procesos de oxidación

pueden clasificarse en dos grandes grupos: i) procesos de oxidación húmeda que utilizan

oxígeno como oxidante, los cuales requieren normalmente presión y temperatura

elevadas, y ii) procesos de oxidación avanzada que se basan en la generación de

radicales hidroxilo (HO ● ) de elevado potencial oxidante, desarrollándose en condiciones

más suaves de presión y temperatura, próximas a las atmosféricas, y empleando

diferentes tipos de oxidantes (H2O2, O3…). La Figura 1 muestra el rango habitual de

aplicación de estos procesos de oxidación según la carga contaminante y el caudal del

efluente residual (Hancock, 1999).

Carbono Orgánico Total (mg/L)

10000

1000

100

10

1

Incineración

Fenton

H 2 O 2

O 3

UV / H 2 O 2

UV / O 3

Foto-Fenton

Fotocatálisis

Oxidación Húmeda

Incineración

Procesos

Catalíticos

de Oxidación

Procesos

Biológicos

2

Oxidación Húmeda

Oxidación Húmeda

Procesos Biológicos

Procesos

Biológicos

Recuperación

de energía

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Caudal (m3 /h)

Figura 1. Intervalo de condiciones de aplicación de los diferentes procesos de oxidación.

Para efluentes con cargas orgánicas muy elevadas y grandes caudales a tratar, los

procesos de oxidación húmeda suelen ser adecuados. Esta tecnología consiste en la

oxidación de los contaminantes orgánicos refractarios de una corriente acuosa utilizando

oxígeno molecular a temperaturas entre 125 y 300 ºC y presiones entre 5 y 200 bar. Para

reducir las condiciones de temperatura y presión, así como los tiempos de tratamiento, y

de este modo disminuir los costes de inversión y operación, recientemente se han

empleado diferentes tipos de catalizadores. Así, se han realizado muchos estudios

buscando catalizadores heterogéneos eficaces y estables en las condiciones de operación

de estos procesos (Santos y col., 2005 y 2006; Cordero y col, 2008).


Para efluentes con cargas orgánicas más moderadas y menores caudales de

tratamiento, los procesos Fenton se convierten en una alternativa compatible con la

oxidación húmeda catalítica para el tratamiento de aguas residuales modelo (Zazo y

col., 2009) y reales (Bautista y col., 2007). Este proceso consiste en el empleo de

peróxido de hidrógeno en presencia de sales de Fe 2+ en medio ácido para promover la

descomposición catalítica del peróxido en radicales hidroxilo de elevado poder

oxidante. La instalación necesaria resulta, en general, muy sencilla, estando constituida

normalmente por un reactor tanque agitado que trabaja en condiciones de operación

próximas a las ambientales. Las dos limitaciones principales de estos procesos Fenton

son el estrecho intervalo de pH (2-3) requerido para su buen funcionamiento, y la

formación de fangos metálicos en el proceso de separación de los iones de hierro

después del tratamiento. Esta última desventaja puede solventarse en gran medida

empleando catalizadores de hierro inmovilizados sobre diferentes soportes. En los

últimos años, se han publicado interesantes trabajos sobre la actividad catalítica de

materiales silíceos que contienen especies de hierro con una elevada eficacia para la

eliminación de contaminantes modelo (Botas y col., 2010) y aguas residuales reales

(Pariente y col., 2008; Melero y col., 2009) con una destacada estabilidad del

catalizador y una reducida desactivación en las condiciones de operación.

Otros tratamientos avanzados como los procesos de ozonización o fotocatalíticos

son apropiados para efluentes con cargas orgánicas más reducidas, y menor caudal de

tratamiento. En el caso particular de la ozonización, se han observado resultados muy

satisfactorios para el tratamiento de diferentes sustancias procedentes de la industria

farmacéutica como el naproxeno (Rosal y col., 2008), la cafeína (Rosal y col., 2009) y

otros contaminantes emergentes (Rosal y col., 2010). La efectividad de los procesos de

ozonización se atribuye bien a la oxidación directa de los contaminantes con el ozono

disuelto a pH básico, o bien a la acción de los radicales generados por la

descomposición del ozono en el medio acuoso.

2. Metodología

En la Figura 2 se muestran las diferentes alternativas de tratamiento planteadas a las

aguas residuales AR-1 y AR-2 seleccionadas para este estudio.

INDUSTRIA DE

ARTES GRÁFICAS

Revelador

usado

AR-1

Agua de

mojado

AR-2

Tratamiento

Físico-Químico

Ozonización

Fenton

3

Fenton Homogéneo

Fe2+ /H2O2 Oxidación húmeda

catalítica

Carbón activo / Aire

Homogéneo Fe

Heterogéneo

2+ /H2O2 Fe2O3-SBA-15/H 2O2 Oxidación

Carbón activo / Aire

húmeda catalítica

Figura 2. Esquema de los tratamientos aplicados a cada uno de los dos tipos de aguas residuales.

O 3


Para el agua residual AR-1 (revelador usado), de acuerdo a lo descrito en la primera

parte de este trabajo, se llevó a cabo un tratamiento físico-químico previo de

coagulación-floculación ajustando el pH con ácido clorhídrico hasta un valor de 6,7 y

posterior adición de FeCl3 y policloruro de aluminio (PAC). El efluente del

pretratamiento, con valores de DQO superiores a las admitidas por la legislación vigente

fue tratado mediante oxidación Fenton en un sistema homogéneo y mediante oxidación

húmeda catalítica.

Los tratamientos de oxidación Fenton homogéneo se han llevado a cabo en

reactores de vidrio de 100 mL dotados de agitación orbital y de un sistema de control de

temperatura. Los experimentos de oxidación húmeda catalítica se han realizado en un

reactor catalítico de lecho fijo de acero inoxidable de 0,75 cm de diámetro interno y 25

cm de longitud utilizando como catalizador un lecho de carbón activo (Ind React

FE01606A, Chemviron Carbon) con tamaños de partícula entre 0,8 y 1 mm, y aire como

oxidante.

Para el agua residual AR-2 (aguas de mojado), dado que el tratamiento físicoquímico

previo descrito en el artículo anterior condujo a resultados muy limitados, se

sometió directamente sin tratamiento previo a procesos de oxidación Fenton, tanto en

sistemas homogéneos como heterogéneos, a procesos de ozonización y a procesos de

oxidación húmeda catalítica.

Los experimentos de ozonización se llevaron a cabo a 30 ºC en reactores de vidrio

de 1 L de capacidad, dotados de agitación magnética. La mezcla de oxígeno y ozono,

utilizada como oxidante, se burbujea en el seno del agua con un caudal comprendido en

el intervalo de 1-3 NL/min. Con objeto de incrementar la efectividad del tratamiento, en

algunos experimentos se inyectaron determinadas cantidades de peróxido de hidrógeno

durante los primeros minutos de reacción.

Los experimentos de oxidación Fenton en sistema homogéneo y de oxidación

húmeda catalítica se llevaron a cabo en las mismas instalaciones experimentales

comentadas anteriormente para el agua de revelador usado AR-1. Los experimentos de

oxidación Fenton en heterogéneo se llevaron a cabo en un reactor de lecho fijo de vidrio

de 1,2 cm de diámetro y 15 cm de longitud, utilizando un catalizador de Fe2O3

soportado sobre una sílice mesoporosa tipo SBA-15. El oxidante (peróxido de

hidrógeno) empleado para el tratamiento se alimentó junto con el agua residual. En la

Figura 3 se muestra a modo de ejemplo el esquema de la instalación de tratamiento en

continuo del proceso Fenton heterogéneo.

4


Alimento

AR-2 + H2O2

FC

Bomba

Reactor de

lecho fijo

TR

TI TC

5

110 ºC

SET MENU

Baño

termostatizado

Refrigerante

Muestra

Efluente tratado

Figura 3. Esquema de la instalación experimental del proceso Fenton heterogéneo en continuo

3. Resultados y discusión

A continuación se presentan los resultados alcanzados con cada uno de los

tratamientos utilizados en ambas aguas residuales.

3.1. Revelador usado AR-1

a) Oxidación Fenton en un sistema homogéneo

Como catalizador se utilizó sulfato ferroso (FeSO4·2H2O) con concentraciones

equivalentes a 100 y 500 mg/L de Fe (II), empleándose temperaturas de 25 y 50 ºC. En

la Figura 4 se muestran los valores de la reducción de la DQO que se alcanzan al cabo

de 4 horas de reacción, en las condiciones de operación que en ella se indican. Se puede

observar que al aumentar la concentración de Fe (II) desde 100 a 500 mg/L,

manteniendo contante la concentración de peróxido de hidrógeno en 750 mg/L, el

incremento en la reducción de la DQO al cabo de 4 horas de tratamiento es

prácticamente despreciable. Sin embargo, los resultados obtenidos a tiempos de

reacción más cortos, mostraron una mayor velocidad de la reacción para la mayor

concentración de Fe 2+ , poniendo de manifiesto el lógico efecto del catalizador. Con

respecto a la concentración inicial del oxidante, se observa como al incrementarse desde

750 hasta 5000 mg/L se consiguieron mayores reducciones de la DQO, experimentando

un incremento de hasta el 48 % para 5000 mg/L y una temperatura de 50 ºC.


Reduccion DQO

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

100/750 500/750 500/2500 500/5000

mg/L Fe(II)/ mg/L H 2 O 2

6

25 o C

50 o C

Figura 4. Reducción de DQO en los ensayos realizados con Fenton homogéneo para el agua AR-1.

Dado que el valor de DQO alcanzado en el pretratamiento físico-químico de la

muestra AR-1 era de 4075 mg/L y el valor máximo admitido por la legislación en la

Comunidad de Madrid es de 1750 mg/L, sería necesario obtener reducciones del 43 %

en la DQO para poder verter estas aguas. A la vista de los resultados anteriores esto

puede conseguirse utilizando concentraciones de peróxido de hidrógeno inferiores a 5

g/L y concentraciones de Fe 2+ de 500 mg/L. Dado el elevado coste de reactivo, sería

necesario optimizar la dosis de peróxido de hidrógeno en cada caso concreto.

Desde el punto de vista de la ecotoxicidad, los diferentes ensayos de oxidación

Fenton en homogéneo conducen a valores, en todos los casos, por debajo del límite de

vertido establecido por la legislación (25 equitox/m 3 ), ya que varía desde 10,7 UT en el

caso de emplear 100 mg/L de Fe 2+ y 750 mg/L de H2O2 a 25 ºC, hasta 16,4 UT para 500

mg/L de Fe 2+ y 5000 mg/L de H2O2 a 25 ºC. El incremento de toxicidad en las

condiciones donde se alcanzó una mayor reducción de la DQO se atribuye a la

formación de productos de mayor toxicidad, o la presencia de peróxido de hidrógeno sin

convertir.

b) Oxidación húmeda catalítica

El efluente del pretratamiento físico-químico de las aguas residuales AR-1 fue

sometido a oxidación húmeda catalítica a 127 ºC y una presión de 8 bar, empleando un

tiempo espacial de 8,4 g·min/mL y carbón activo como catalizador.

Con este tratamiento resultó destacable una significativa reducción de la carga

orgánica total (37 %) y del color (56 %). Junto con estos resultados, se alcanzó también

una elevada disminución de la toxicidad, hasta un 90 %, siendo el valor después de la

oxidación húmeda de 1,2 UT.


3.2. Aguas de mojado AR-2

a) Ozonización

Se realizaron en primer lugar tres ensayos de 15 minutos de duración. Los caudales

de la mezcla de oxígeno-ozono fueron inicialmente de 1 NL/min, aumentándose hasta 3

NL/min cuando transcurrieron 2 minutos desde el inicio del burbujeo. La concentración

de ozono en la corriente gaseosa de entrada fue de 45 g/Nm 3 . No se pudo utilizar un

caudal de gas de 3 NL/min desde el inicio de la reacción debido a la formación de una

gran cantidad de espumas. La formación de espumas disminuía rápidamente en el

transcurso de la reacción, por lo que a partir de 2 minutos fue posible incrementar el

caudal de gas hasta 3 NL/min. Estos resultados indicaban que durante los primeros

minutos de reacción se produce la degradación de ciertos contaminantes iniciales, dando

lugar a otros compuestos intermedios de menor carácter tensoactivo.

En la Tabla 1 se presentan los resultados obtenidos en los ensayos realizados. En el

primer experimento, el pH inicial fue el original de las aguas (4,8), observándose una

disminución del pH hasta un valor de 2,4. En este experimento las reducciones de COT

y de DQO fueron inferiores al 5 %. En el segundo experimento se incrementó el pH

inicial hasta un valor de 9, no produciéndose prácticamente variaciones de pH en el

transcurso de la reacción, y obteniéndose disminuciones de TOC y DQO del 10 y 11 %

respectivamente. En el tercer experimento se inyectaron volúmenes de 0,2 mL de una

solución de peróxido de hidrógeno al 30 % en volumen cada 3 minutos durante los diez

primeros minutos (la cantidad total suministrada de H2O2 fue de 0,06 mg). Tampoco se

obtuvieron variaciones apreciables del pH a lo largo de la reacción, alcanzándose

eliminaciones de COT y DQO superiores al 15 %.

Tabla 1. Resultados de los ensayos de ozonización para el agua residual AR-2.

t (min) [O3]g (g/Nm 3 ) Qg (NL/min) mH2O2 (mg) pH0 XCOT (%) XDQO (%) pH

15 45 1-3 0 4,8 4,8 0,38 2,4

15 45 1-3 0 9 10 11 8,5-9,5

15 45 1-3 0,06 9 18 16 8,5-9,5

90 65 1 0,06 9 80 78 8,5-9,5

90 65 1 0,045 9 86 86 8,5-9,5

Posteriormente se llevaron a cabo dos experimentos adicionales de 90 minutos

de duración con un caudal de gas de 1 NL/min y con una concentración de ozono de 65

g/Nm 3 . En uno de ellos se mantuvo la dosificación del peróxido de hidrógeno durante

los diez primeros minutos (mH2O2 = 0,06 mg), mientras que en el otro se disminuyó la

dosis en un 25 % (0,15 mL de disolución al 30 %de H2O2 cada 3 minutos), siendo la

dosis total inyectada de oxidante de 0,045 mg. En la Tabla 1 puede observarse que se

obtienen conversiones de TOC y DQO superiores al 85 %, para el ensayo con menor

concentración de peróxido de hidrógeno. En la Figura 4 se presenta la evolución

temporal de la DQO y del TOC correspondiente a este experimento, pudiendo

apreciarse que, pese al elevado porcentaje de reducción de DQO a los 90 minutos, los

valores de dicho parámetro (superiores a 5000 mg/L) son sensiblemente mayores a los

máximos admitidos por al legislación vigente para poder ser vertidos (1750 mg/L).

7


DQO (mg/L)

30000

25000

20000

15000

10000

5000

0

0

0 20 40 60 80 100

Tiempo (min)

8

12000

10000

Figura 4. Reducción de DQO (○) y COT (□) en un ensayo de ozonización del agua residual AR-2, a

pH 9, [O3]g = 65 g/Nm 3 y adición de 0.045 mg de H2O2 (inyecciones de 0.15 mL de solución de H2O2

al 30% p/v cada 5 min, durante 10 min)

b) Oxidación Fenton en sistema homogéneo

Se utilizaron las mismas concentraciones de catalizador (Fe 2+ ), pero diferentes

concentraciones de peróxido de hidrógeno que las empleadas para el agua AR-1

pretratada. Las mayores concentraciones de oxidante para el tratamiento del agua AR-2

se deben a su mayor carga orgánica. La duración de los experimentos fue también de 4

horas. En la Figura 5 se presentan los resultados obtenidos a 25 y 50 ºC para la

reducción de la DQO en función de la relación catalizador/concentración de peróxido de

hidrógeno.

Reduccion DQO

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

100 / 5500 500 / 5500 500 / 20000 500 / 30000

mg/L Fe(II)/ mg/L H 2 O 2

25 o C

50 o C

Figura 5. Reducción de DQO en los ensayos realizados con Fenton homogéneo en el agua AR-2.

Se observa un comportamiento similar al descrito para el agua residual AR-1 con

respecto a la influencia de la concentración del catalizador y del peróxido de hidrógeno.

Sin embargo, aunque los valores de la reducción de DQO obtenidos son sensiblemente

8000

6000

4000

2000

TOC (mg/L)


más elevados (superiores al 80 % para la combinación 500 mgFe 2+ /L-30000

mgH2O2/L), en estas últimas condiciones, el valor de la DQO de salida resulta ser de

5560 mg/L, que es claramente superior al valor máximo permitido de vertido (1750

mg/L).

En cuanto a los valores de la ecotoxicidad, cuando se utilizan 500 mg/L de Fe 2+ y

20000 mg/L de H2O2 a 50 ºC, la ecotoxicidad del efluente es de 55,3 UT, mientras que

empleando 500 mg/L de Fe 2+ y 3000 mg/L de oxidante a la misma temperatura la

ecotoxicidad se reduce hasta 41,4 UT, valores superiores en ambos casos al límite de

vertido (25 UT).

c) Oxidación Fenton en sistema heterogéneo

En este sistema de oxidación Fenton en heterogéneo se estudió, además de la

influencia de la concentración de peróxido de hidrógeno, el efecto del tiempo de

residencia en el reactor y del pH inicial del agua residual. Inicialmente se empezó a

trabajar utilizando como alimentación el agua residual AR-2 con una dilución del 10 %,

y posteriormente se evaluó el efecto de la dilución del efluente sobre la actividad y

estabilidad del catalizador. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 2. Puede

observarse que en las condiciones del agua diluida al 10 % ([COT]0 = 900 mg/L) y al

pH original del agua (4,3), se produce un incremento de la reducción del COT y de la

conversión del peróxido al disminuir el caudal de tratamiento como consecuencia de

aumentar el tiempo de residencia. Así, para un caudal de 0,25 mL/min, se obtiene una

reducción del TOC del 35 % y una conversión prácticamente total del peróxido de

hidrógeno (96 %).

Tabla 2. Resultados de los ensayos de oxidación Fenton heterogéneo para el agua AR-2.

Q

(mL/min)

tR

(g·min/mL) pH0

[H2O2]0

(g/L)

9

COT0

(mg/L)

XCOT

(%)

XH2O2

(%)

[Fe]dis.

(mg/L)

1 2,9 4,3 6,3 900 8 25 11

0,5 5,8 4,3 6,3 900 14 47 9

0,25 11,6 4,3 6,3 900 35 96 7

0,25 11,6 3 6,3 900 52 100 3

0,25 11,6 3 12,6 900 68 99 ≤ 0,05

0,25 11,6 3 18,9 900 85 97 ≤ 0,05

0,25 11,6 3 18,9 450 89 97 ≤ 0,05

0,25 11,6 3 18,9 4500 79 98 ≤ 0,05

La reducción del pH a un valor de 3, permitió aumentar la reducción del COT hasta

un 52 %, incrementándose hasta un 85 % cuando se aumentó la concentración de

peróxido de hidrógeno a 18,9 mg/L. En las mejores condiciones de operación, se

estudió la influencia de la concentración de carga orgánica. Para ello se varió la dilución

del agua residual manteniendo el caudal de entrada en el valor de 0,25 mL/min.


Finalmente, puede observarse que al variar la carga orgánica inicial, desde 450 hasta

4500 mg/L, la conversión de COT varía desde el 89 % hasta el 79 %, lo cual pone de

manifiesto la viabilidad del catalizador heterogéneo para efluentes residuales más

concentrados.

En la figura 6 se presentan los resultados obtenidos durante un ensayo de la

evaluación de la vida del catalizador (Q = 0,25 mL/min; pH0 = 3; [H2O2]0 = 18,9 mg/L;

[COT]0 = 900 mg/l). Durante casi 100 horas de duración del ensayo se aprecia que la

desactivación del catalizador es muy reducida, manteniéndose la actividad del

catalizador dentro de valores de reducción de COT del 87 % y de conversión de

peróxido de hidrógeno de casi un 95 %, obteniéndose reducciones de DQO en el estado

estacionario de un 95 %. Estos resultados han demostrado un aumento notable de la

biodegradabilidad del agua. Además, análisis de ecotoxicidad muestran también una

significativa mejora. Concretamente, se han obtenido relaciones DBO/DQO de 0,5 y

ecotoxicidad de 25 UT para el agua tratada, frente a los correspondientes valores de

0,001 y 482, para el agua residual AR-2 sin tratamiento.

X (%)

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

tiempo (horas)

10

X (%)

COT

(%)

Figura 6. Ensayo de la actividad durante periodos prolongados de reacción.

d) Oxidación húmeda catalítica

El agua residual AR-2 se ha tratado a temperaturas de 127, 140 y 160 ºC, utilizando

aire como agente de oxidación, a presiones de 8 y 16 atm, y variando el tiempo de

residencia entre 2,1 y 8,4 g·min/mL. Los resultados obtenidos se resumen en la Tabla 3.

Se observa que independientemente de las condiciones de tratamiento aplicadas, la

toxicidad disminuye de forma importante con reducciones del 90 % prácticamente en

todos los casos, a diferencia del COT, donde su disminución es prácticamente nula

(inferior al 5 % en todos los casos). Estos resultados indican la transformación de los

contaminantes iniciales en otros intermedios de menor toxicidad.

X H2 O 2


Tabla 3. Resultados de la oxidación húmeda catalítica para el agua AR-2.

T (ºC) P (bar) τ (g·min/mL) pH0 Xcolor (%) XCOT (%) XUT (%) pH

127 8 2,1 4,63 15 4,1 84 5,49

127 8 4,2 4,63 26 4,0 89 5,21

127 8 8,4 4,63 23 3,1 93 5,50

140 8 8,4 4,63 36 1,6 91 5,86

160 8 8,4 4,63 3 0,89 91 5,40

160 16 8,4 4,63 63 0,38 91 5,40

4. Conclusiones

Los resultados obtenidos para el agua residual AR-1 con tratamiento fisicoquímico

previo indican que tanto el proceso Fenton homogéneo como de oxidación húmeda

catalítica con carbón activo representan una alternativa viable para completar su

depuración. En el caso del proceso Fenton homogéneo es posible reducir la DQO y la

ecotoxicidad del efluente por debajo de los niveles de vertido con dosis de hierro del

orden de 500 mg/L y concentraciones de oxidante del orden de 2000 mg/L, trabajando a

temperatura ambiente. Utilizando la oxidación húmeda catalítica con carbón activo se

ha alcanzado una reducción importante de la carga orgánica total.

Para el agua residual AR-2, la ozonización ha logrado una reducción significativa

del carbono orgánico total y de la demanda química de oxígeno cuando se utiliza la

combinación de ozono y peróxido de hidrógeno como oxidantes. Se alcanzaron

reducciones de DQO y COT superiores al 80 % y 85 %, respectivamente, cuando se

elevó la concentración de ozono en el gas y se mantuvo el pH en valores de pH básico.

Se han conseguido también valores de degradación similares empleando el reactivo

Fenton, si bien fue preciso emplear elevadas dosis de peróxido de hidrógeno, lo que

repercute en el coste de tratamiento, y trabajar a 50 ºC. No obstante, a pesar de alcanzar

una importante reducción de la carga orgánica, el valor de la DQO en el efluente es

superior al límite de vertido, al igual que ocurre con la ecotoxicidad. Los resultados del

tratamiento Fenton heterogéneo han mostrado reducciones de COT de hasta un 79 %

con el agua residual diluida al 50 % y una estabilidad destacada del catalizador durante

periodos de tratamiento de 100 horas sin señales de desactivación. Con el proceso de

oxidación húmeda catalítica no se consiguió una reducción de COT apreciable, aunque

si se alcanzó una disminución muy importante de la toxicidad.

5. Agradecimientos

El autor desea hacer constar el esfuerzo realizado por los investigadores del

programa REMTAVARES que han participado en este trabajo. Asimismo, desea

agradecer la financiación recibida para la realización de esta investigación a la

Comunidad de Madrid a través de la Red REMTAVARES S-505/AMB/0395 y

S2009/AMB-1588 y al Ministerio de Educación y Ciencia con el programa

CONSOLIDER-INGENIO2010 a través de la Red TRAGUA CSD2006-044.

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6. Bibliografía

• Bautista P., Mohedano A.F., Gilarranz M.A., Casas J.A., Rodriguez J.J. (2007)

Application of Fenton oxidation to cosmetic wastewaters treatment. J. Hazard. Mater.

143, 128-134.

• Botas J.A., Melero J.A., Martínez F., Pariente M.I. (2010) Assessment of Fe2O3/SiO2

catalysts for the continuous treatment of phenol aqueous solutions in a fixed bed reactor.

Catal. Today, 149, 334-340.

• Cordero T., Rodríguez-Mirasol J., Bedia J., Gomis S., Yustos P., García-Ochoa F.,

Santos A. (2008) Activated carbon as catalyst in wet oxidation of phenol: Effect of the

oxidation reaction on the catalyst properties and stability. Appl. Catal. B: Environ. 81,

122-131.

• Gogate P.R., Pandit A.B. (2004a) A review of imperative technologies for wastewater

treatment I: oxidation technologies at ambient conditions. Adv. Environ. Res. 8, 501-

551.

• Gogate P.R., Pandit A.B. (2004b) A review of imperative technologies for wastewater

treatment I: hybrid methods. Adv. Environ. Res. 8, 553-597.

• Hancock F.E. (1999) Catalytic strategies for industrial water re-use. Catal. Today 53, 3-

9.

• Melero J.A., Martínez F., Botas J.A., Molina R., Pariente M.I. (2009) Heterogeneous

catalytic wet peroxide oxidation systems for the treatment of an industrial

pharmaceutical wastewater. Water Res. 43, 4010-4018.

• Pariente M.I., Martínez F., Melero J.A., Botas J.A., Velegraki T., Xekoukoulotakis N.P,

Mantzavinos D. (2008) Heterogeneous photo-Fenton oxidation of benzoic acid in water:

Effect of operating conditions, reaction by-products and coupling with biological

treatment. Appl. Catal. B: Environ. 85, 24-32.

• Rodríguez A., Letón P., Rosal R., Dorado M., Villar S., Sanz J.M. (2006) Informe de

vigilancia tecnológica. Tratamientos avanzados de aguas residuales industriales. Circulo

de innovación en tecnologías medioambientales y energía.

• Rosal R., Rodríguez A., Gonzalo M.S., García-Calvo E. (2008) Catalytic ozonation of

naproxen and carbamazepine on titanium dioxide. Appl. Catal. B: Environ. 84, 48-57.

• Rosal R., Rodríguez A., Perdigón-Melón J.A., Petre A., García-Calvo E., Gómez M.J.,

Agüera A., Fernández-Alba A.R. (2009) Degradation of caffeine and identification of the

transformation products generated by ozonation. Chemosphere, 74, 825-831.

• Rosal R., Rodríguez A., Perdigón-Melón J.A., Petre A., García-Calvo E., Gómez M.J.,

Agüera A., Fernández-Alba A.R. (2010) Occurrence of emerging pollutants in urban

wastewater and their removal through biological treatment followed by ozonation. Water

Res. 44, 578-588.

• Santos A., Yustos P., Quintanilla A., Ruiz G., Garcia-Ochoa F. (2005) Study of the

copper leaching in the wet oxidation of phenol with CuO-based catalysts: Causes and

effects. Appl. Catal. B: Environ. 61, 323-333.

• Santos A., Yustos P., Rodríguez S., García Ochoa F. (2006) Wet oxidation of phenol,

cresols and nitrophenols catalyzed by activated carbon in acid and basic media. Appl.

Catal. B: Environ. 65, 269-281.

• Zazo J.A., Casas J.A., Mohedano A.F., Rodriguez J.J. (2009) Semicontinuous Fenton

oxidation of phenol in aqueous solution. A kinetic study. Water Res. 43, 4063-4069.

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