Cómo tratar las aguas residuales industriales difíciles de degradar

Cómo tratar las aguas residuales industriales difíciles de degradar

Generalmente existen dos opciones: una es la adsorción con carbón activado y la otra es el proceso de oxidación avanzada (POA).

La adsorción con carbón activado suele ser eficaz, pero también costosa. Además, debe tenerse en cuenta la generación de lodos tras su uso. Por lo tanto, solo se considera cuando el objetivo está prácticamente alcanzado —en la recta final del cumplimiento normativo— y no puede utilizarse con frecuencia.

La oxidación avanzada ofrece más opciones: ozono, electrocatálisis, oxidación húmeda y Fenton.

El ozono es adecuado para escenarios de baja salinidad y baja DQO, la oxidación húmeda es adecuada para escenarios de alta DQO y la electrocatálisis es adecuada para escenarios de alta salinidad.

El proceso Fenton es versátil y aplicable a salinidades bajas o altas, así como a demandas químicas bajas o altas; básicamente, puede utilizarse en cualquier situación. Sin embargo, también presenta inconvenientes, como un elevado consumo de productos químicos, una gestión química compleja y peligrosa, una importante producción de lodos de hierro y altos costos operativos, entre otros.

Por lo tanto, la investigación y el desarrollo para abordar las deficiencias del proceso Fenton nunca se han detenido.

1.0 Versión Fenton: Fenton convencional

La versión 1.0 del proceso Fenton implica principalmente la descomposición catalítica del H₂O₂ por Fe²⁺ en condiciones ácidas, lo que inicia y propaga una reacción en cadena de radicales libres.

Durante este proceso en cadena, se generan agentes oxidantes fuertes, representados por el radical ·OH (con un potencial de oxidación de 2,83 V, solo superado por el flúor). Estos agentes atacan las moléculas orgánicas presentes en el agua, degradándolas.

Una vez completada la oxidación, se ajusta el pH con álcali, lo que provoca la formación de flóculos de sales de hierro en la solución. Esto elimina aún más la materia orgánica restante mediante adsorción y sedimentación por floculación, logrando una doble eliminación de la DQO.

En términos de eficacia de reacción, la versión 1.0 de Fenton es totalmente capaz, logrando su objetivo estratégico de reducir significativamente los niveles de DQO al tiempo que mejora la relación B/C de la materia orgánica restante.

El inconveniente radica en el elevado consumo de productos químicos y la excesiva producción de lodos de hierro. En la mayoría de los casos, el coste del tratamiento de los lodos de hierro equivale al coste total de todos los productos químicos utilizados, lo que supone un gran problema.

Fenton versión 2.0: Fenton de lecho fluidizado

Al agregar una cierta cantidad de relleno, como arena de cuarzo de 1 mm, a la reacción tradicional de Fenton, y utilizando una bomba de circulación externa para fluidizar el relleno, este fluye continuamente en el sistema, en contacto constante con componentes como Fe²⁺, Fe³⁺, Fe(OH)₃ y FeOOH.

Con el tiempo, se desarrolla una biopelícula de lodo de hierro en la superficie del material de relleno: inicialmente amarilla, luego roja y finalmente marrón.

Esta discreta biopelícula contiene una gran cantidad de FeOOH enriquecido, que puede reemplazar al Fe²⁺, reduciendo directamente la producción de lodos de hierro.

En este punto, el estado de reacción en el reactor Fenton Ya no se trata solo de la versión 1.0 de la oxidación química homogénea. Ahora, abarca la oxidación química homogénea (Fe²⁺/H₂O₂), la oxidación química heterogénea (H₂O₂/FeOOH), la cristalización en lecho fluidizado y la disolución reductora de FeOOH, lo que mejora las tasas de eliminación de DQO a la vez que reduce el consumo de productos químicos y la producción de lodos.

En resumen, en comparación con la reacción homogénea de la versión 1.0 del proceso Fenton, la característica más significativa de la versión 2.0 es la introducción de un concepto heterogéneo.

La tecnología Fenton de lecho fluidizado sustituye algunos catalizadores homogéneos no reciclables por rellenos heterogéneos reutilizables, logrando una reducción en la producción de lodos de hierro mediante un estado mixto de reacciones homogéneas y heterogéneas.

Sin embargo, en la práctica, la versión 2.0 de la tecnología Fenton de lecho fluidizado se enfrenta a tres problemas principales:

(1) Después de funcionar durante algún tiempo, a medida que las partículas de cristal crecen gradualmente, el relleno necesita limpieza y reemplazo regulares, lo que genera costos periódicos de consumibles.

(2) Si el relleno no se limpia y reemplaza a tiempo, es propenso a endurecerse y obstruirse, lo que reduce la eficiencia operativa y aumenta los costos operativos generales.

(3) Con más equipos de potencia, la tasa de fallas aumenta naturalmente.

3.0 Versión Fenton: Fenton magnético

Esta versión adopta un nuevo reactor y principio de funcionamiento, introduciendo el concepto de magnetización. Se aplica un campo magnético externo mediante la instalación de imanes permanentes o dispositivos electromagnéticos dentro o fuera del equipo, magnetizando continuamente el agua del reactor.

Tras la magnetización, cambia el orden de disposición entre las moléculas contaminantes y las moléculas de agua. Se producen efectos como un aumento de la energía, una reducción de los umbrales de reacción y una mayor eficiencia en la transferencia de electrones, lo que facilita el contacto del radical ·OH con la DQO.

Mediante un método específico para oxidar la DQO, se puede reducir eficazmente el consumo de H₂O₂. Con un funcionamiento adecuado, la versión 3.0 de la tecnología Fenton magnética puede incluso alcanzar un consumo de H₂O₂ entre un 30 % y un 40 % menor que la versión 2.0.

En comparación con las versiones 1.0 y 2.0 de la tecnología Fenton, la versión 3.0 de la tecnología Fenton magnética ofrece cuatro características principales:

(1) No se necesita arena de cuarzo ni rellenos de hierro-carbono.

Las aguas residuales magnetizadas facilitan la acción oxidativa del ·OH, reduciendo significativamente el consumo de Fe²⁺ y H₂O₂, ampliando el espectro de tratamiento de contaminantes y permitiendo reacciones en un rango de pH más amplio, lo que reduce el consumo de productos químicos.

(2) Evita el endurecimiento y la obstrucción, con buena estabilidad del sistema y bajo mantenimiento.

La versión 2.0 de la tecnología Fenton suele sufrir de cristalización de calcio y crecimiento de cristales, lo que provoca la obstrucción y el endurecimiento del sistema.

La versión 3.0 del proceso Fenton magnético no requiere ningún sistema de relleno, cristalización, adsorción o filtración, evitando así problemas como la obstrucción por adsorción o la regeneración por saturación.

Al eliminar fundamentalmente los problemas operativos de la versión 2.0, la versión 3.0 reduce significativamente las tasas de fallos del sistema y garantiza un funcionamiento estable a largo plazo.

(3) Producción de lodos muy reducida.

Gracias a la magnetización, la versión 3.0 de la tecnología Fenton magnética reduce el consumo de Fe²⁺, disminuyendo significativamente la producción de lodos de hierro. En comparación con el proceso Fenton de lecho fluidizado, la producción de lodos puede reducirse en aproximadamente un 30 %.

(4) Eliminación de la decoloración del efluente y de los lodos flotantes.

La versión 3.0 de la tecnología Fenton magnética reduce el uso de Fe²⁺ y H₂O₂, disminuyendo así considerablemente los niveles residuales de Fe³⁺ y H₂O₂ en las aguas residuales. Esto soluciona eficazmente problemas como la decoloración y los lodos flotantes, obteniendo un efluente más claro y transparente.